Question

【题目】甲醇（CH3OH）是重要的溶剂和替代燃料，工业常以CO和H2的混合气体为原料一定条件下制备甲醇。

（1）甲醇与乙醇互为________；完全燃烧时，甲醇与同物质的量的汽油（设平均组成为C8H18）消耗O2量之比为________。

（2）工业上还可以通过下列途径获得H2，其中节能效果最好的是________。

A. 高温分解水制取H2：2H2O2H2↑+ O2↑

B. 电解水制取H2：2H2O2H2↑+ O2↑

C. 甲烷与水反应制取H2：CH4 + H2O3H2 + CO

D. 在光催化剂作用下，利用太阳能分解水制取H2：2H2O 2H2↑+ O2↑

（3）在2L的密闭容器中充入1molCO和2molH2，一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，测得CO和CH3OH(g)浓度变化如下图所示。

① 从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)=______mol·L-1·min—1。反应前后容器的压强比为________，平衡时氢气的体积分数为_________。

② 能够判断该反应达到平衡的是_______（填选项）。

A．CO、H2和CH3OH三种物质的浓度相等

B．密闭容器中混合气体的密度不再改变

C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

D．相同时间内消耗1 mol CO，同时消耗1 mol CH3OH

（4）为使合成甲醇原料的原子利用率达100%，实际生产中制备水煤气时还使用CH4，则生产投料时，n(C)∶n(H2O)∶n(CH4)＝__________。

（5）据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用一个月才充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生二氧化碳被充分吸收生成CO32-。写出该电池负极电极反应式__________________,正极电极反应式________________________。

Answer 1

【答案】 同系物 3︰25 D 0.25 2:1 33.3% CD 1：2：1 CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O O2+4 e-+ 2H2O=4OH-

【解析】(1)甲醇与乙醇结构相似，为同系物，根据燃烧的通式(x+-)计算耗氧量；

(2)通过不同途径获得H2，如节约能源，可利用太阳能；

(3)①根据v=计算v(CO)，再根据速率之比等于系数之比计算v(H2)；应前后容器的压强比等于反应前后气体的物质的量之比；平衡时氢气的体积分数等于物质的量分数，据此计算；②平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量不变；

(4)为使合成甲醇原料的原子利用率达100%，即满足n(C)：n(H)：n(O)=1：4：1，据此分析；

(5)甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型电池中甲醇被氧化为CO32-，因此电池负极上是甲醇被氧化的引发,正极上是氧气被还原的反应，据此解答。

(1)甲醇与乙醇结构相似，二者分子式不同，互为同系物，甲醇(CH4O)与同物质的量的汽油(设平均组成为C8H18)消耗O2量之比为(1+-)：(8+)=3：25；故答案为：同系物；3：25；

(2)通过不同途径获得H2，如节约能源，可利用太阳能，题中其它选项消耗热能、电能，不符合要求，故答案为：D；

(3)①从反应开始到平衡，△n(CO)=1mol-0.25mol=0.75mol，则v(CO)==0.125mol/(L·min)，由方程式的可知v(H2)=2v(CO)=2×0.125mol/(L·min)=0.25mol/(L·min)，平衡时氢气的物质的量为2mol-0.75mol×2=0.5mol，反应前后容器的压强比等于反应前后气体的物质的量之比==，平衡时氢气的体积分数等于物质的量分数=×100%=33.3%，故答案为：0.25；；33.3%；

②A．CO、H2和CH3OH三种物质的浓度相等不一定达到平衡，故A错误；B．反应前后质量不变，体积也不变，则密闭容器中混合气体的密度一直不变，所以不一定达到平衡，故B错误；C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，则正逆反应速率相等，能说明反应达到平衡，故C正确；D．相同时间内消耗lmolCO，同时消耗1molCH3OH，则正逆反应速率相等，能说明反应达到平衡，故D正确；故答案为：CD；

(4)为使合成甲醇原料的原子利用率达100%，即满足n(C)：n(H)：n(O)=1：4：1，所以n(C)：n(H2O)：n(CH4)=1：2：1，故答案为：1：2：1；

(5)甲醇在负极完全氧化生成CO32-，负极电极反应式为CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O,正极上氧气被还原，电极反应式为O2+4 e-+ 2H2O=4OH-，故答案为：CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O；O2+4 e-+ 2H2O=4OH-。