Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，可用于制备丙烯、氢气等。

（1）MTO法由甲醇制备丙烯时的反应原理是：甲醇先脱水生成二甲醚，然后二甲醚与甲醇的平衡混合物脱水转化为含丙烯较多的低聚烯烃。某温度下，在密闭容器中加入CH3OH气体，发生脱水反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，一段时间后测得各组分的浓度如表所示。

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

该温度下，反应的平衡常数数值是___，CH3OH的平衡转化率是___。

（2）利用甲醇水蒸气重整制氢法是获得氢气的重要方法。反应原理如下：

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

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

①温度高于300℃则会同时发生CH3OH转化为CO和H2的副反应，该反应的热化学方程式是___。

②反应中，经常使用催化剂提高化学反应速率，但催化剂对反应具有选择性。一定条件下，测得CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示（CO、CO2的选择性：转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比）。

从图中可知，反应的适宜温度为___，随着温度的升高，催化剂对___（填“反应i”或“反应ii”）的选择性越低。

③TiO2纳米电极电化学还原法可将副产物CO2在酸性水溶液中电解生成甲醇，生成甲醇的电极反应式是___。

Answer 1

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

【解析】

（1）由表格可知，10min后，反应达到了平衡，根据，求平衡常数，根据，求甲醇的平衡转化率；

（2）①根据盖斯定律i+ii可得：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)，△H=△H1+△H2，据此求出△H；

②由图可知，低于260℃时，CH3OH的转化率较低，高于260℃时，CH3OH的转化率较高，但在高于260℃时，CO的选择性逐渐增大，CO2的选择性逐渐减小。

③ CO2在酸性环境下，电解生成甲醇，二氧化碳得到电子，发生还原反应，生成甲醇，电极反应式为：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

（1）由表格可知，10min后，反应达到了平衡，根据反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)，；设甲醇的起始为xmol/L，根据三段式：

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

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

（2）① 反应i：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H1=+49kJmol-1；反应ii：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41kJmol-1；根据盖斯定律i+ii可得：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)，△H=△H1+△H2=49kJmol-1+41kJmol-1=+90kJ·mol-1，故答案为：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H=+90kJ·mol-1。

②由图可知，低于260℃时，CH3OH的转化率较低，高于260℃时，CH3OH的转化率较高，但在高于260℃时，CO的选择性逐渐增大，CO2的选择性逐渐减小，所以最适宜温度为260℃；随着温度的升高，催化剂对CO的选择性增大，CO2的选择性减小，所以温度升高，催化剂对反应i的选择性越低，故答案为：260℃；反应i。

③ CO2在酸性环境下，电解生成甲醇，二氧化碳得到电子，发生还原反应，生成甲醇，其电极反应式为：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O，故答案为：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。