Question

【題目】甲醇（CH3OH）是重要的溶劑和替代燃料，工業常以CO和H2的混合氣體為原料一定條件下制備甲醇

(1)甲醇與乙醇互為_______________；完全燃燒時，甲醇與同物質的量的汽油（設平均組成為C8H18)消耗O2量之比為________________。

(2)工業上常用“水煤氣法”獲得CO和H2其反應原理如下：

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

某水煤氣樣品中含0.2LCO、0.5LCO2，則該樣品中含H2_________L。

(3)工業上還可以通過下列途徑獲得H2，其中節能效果最好的是_______________。

a.高溫分解水制取H2：2H2O2H2↑+O2↑

b.電解水制取 H2：2H2O2H2↑+O2↑

c.甲烷與水反應制取H2：CH4+H2O3H2+CO

d.在光催化劑作用下，利用太陽能分解水制取H2：2H2O2H2↑+O2↑

(4)在2L的密閉容器中充入lmoCO和2molH2，—定條件下發生反應：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

測得CO和CH3OH(g)濃度變化如圖所示。

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)=_____mol·L-1·min-1。

②能夠判斷該反應達到平衡的是_________填選項)。

a.CO、H2和CH3OH三種物質的濃度相等

b.密閉容器中混合氣體的密度不再改變

c.CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

d.相同時間內消耗lmolCO，同時消耗1molCH3OH

(5)為使合成甲醇原料的原子利用率達100%，實際生產中制備水煤氣時還使用CH4，則生產投料時，n(C)：n(H2O)：n(CH4)=____________。

Answer 1

【答案】 同系物 3：25 (或0.12) 1.2 d 0.25 cd 1：2：1

【解析】（1）甲醇與乙醇結構相似，二者分子式不同，互為同系物，甲醇（CH4O）與同物質的量的汽油（設平均組成為C8H18）消耗O2量之比為（1+4/4-1/2）：（8+18/4）=3：25；（2）由反應C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g） CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）可知，H2O中的H生成氫氣，O生成CO或二氧化碳，則產物中存在n（O）=n（H2），可知n（H2）=n（CO）+2n（CO2）=0.2L+0.5L×2=1.2L；（3）通過不同途徑獲得H2，如節約能源，可利用太陽能，題中其它選項消耗熱能、電能，不符合要求。(4)①從反應開始到平衡生成甲醇0.75mol，消耗氫氣是1.5mol，濃度是0.75mol/L，氫氣的平均反應速率v(H2)=0.75mol/L÷3min＝0.25mol·L-1·min-1。②a.CO、H2和CH3OH三種物質的濃度相等不能說明正逆反應速率相等，不一定處于平衡狀態，a錯誤；b.密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，因此密閉容器中混合氣體的密度不再改變不能說明反應達到平衡狀態，b錯誤；c.CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等說明反應達到平衡狀態，c正確；d.相同時間內消耗lmolCO，同時消耗1molCH3OH說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，d正確，答案選cd；(5)設碳、水和甲烷的物質的量分別是x、y、z，根據甲醇的分子式CH4O可知要使合成甲醇原料的原子利用率達100%，則(x+z)：(2y+4z)：y=1：4：1，解得x：y：z＝1：2：1，即生產投料時n(C)：n(H2O)：n(CH4)=1：2：1。