Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，可用于制備丙烯、氫氣等。

（1）MTO法由甲醇制備丙烯時的反應原理是：甲醇先脫水生成二甲醚，然后二甲醚與甲醇的平衡混合物脫水轉化為含丙烯較多的低聚烯烴。某溫度下，在密閉容器中加入CH3OH氣體，發生脫水反應：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，一段時間后測得各組分的濃度如表所示。

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
5min濃度(mol·L-1)	0.44	0.6	0.6
10min濃度mol·L-1)	0.04	0.8	0.8
15min濃度(molL-1)	0.04	0.8	0.8

該溫度下，反應的平衡常數數值是___，CH3OH的平衡轉化率是___。

（2）利用甲醇水蒸氣重整制氫法是獲得氫氣的重要方法。反應原理如下：

反應i（主反應）：CH3OH（g）+H2O（g）CO2(g)+3H2(g)△H=+49kJmol-1

反應ii（副反應）：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)△H=+41kJmol-1

①溫度高于300℃則會同時發生CH3OH轉化為CO和H2的副反應，該反應的熱化學方程式是___。

②反應中，經常使用催化劑提高化學反應速率，但催化劑對反應具有選擇性。一定條件下，測得CH3OH轉化率及CO、CO2選擇性隨溫度變化情況分別如圖所示（CO、CO2的選擇性：轉化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比）。

從圖中可知，反應的適宜溫度為___，隨著溫度的升高，催化劑對___（填“反應i”或“反應ii”）的選擇性越低。

③TiO2納米電極電化學還原法可將副產物CO2在酸性水溶液中電解生成甲醇，生成甲醇的電極反應式是___。

Answer 1

【答案】400 97.56% CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H=+90kJ·mol-1 260℃ 反應i CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

【解析】

（1）由表格可知，10min后，反應達到了平衡，根據，求平衡常數，根據，求甲醇的平衡轉化率；

（2）①根據蓋斯定律i+ii可得：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)，△H=△H1+△H2，據此求出△H；

②由圖可知，低于260℃時，CH3OH的轉化率較低，高于260℃時，CH3OH的轉化率較高，但在高于260℃時，CO的選擇性逐漸增大，CO2的選擇性逐漸減小。

③ CO2在酸性環境下，電解生成甲醇，二氧化碳得到電子，發生還原反應，生成甲醇，電極反應式為：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

（1）由表格可知，10min后，反應達到了平衡，根據反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)，；設甲醇的起始為xmol/L，根據三段式：

2CH3OH (g) CH3OCH3 (g) + H2O (g)

x=(1.6+0.04)mol/L=1.64mol/L，則，故答案為：400；；

（2）① 反應i：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H1=+49kJmol-1；反應ii：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41kJmol-1；根據蓋斯定律i+ii可得：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)，△H=△H1+△H2=49kJmol-1+41kJmol-1=+90kJ·mol-1，故答案為：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H=+90kJ·mol-1。

②由圖可知，低于260℃時，CH3OH的轉化率較低，高于260℃時，CH3OH的轉化率較高，但在高于260℃時，CO的選擇性逐漸增大，CO2的選擇性逐漸減小，所以最適宜溫度為260℃；隨著溫度的升高，催化劑對CO的選擇性增大，CO2的選擇性減小，所以溫度升高，催化劑對反應i的選擇性越低，故答案為：260℃；反應i。

③ CO2在酸性環境下，電解生成甲醇，二氧化碳得到電子，發生還原反應，生成甲醇，其電極反應式為：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O，故答案為：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。