Question

【題目】甲醇(CH3OH)是重要的有機(jī)化工原料，可用于制取氫氣、甲酸甲酯(HCOOCH3)。(1) 在一定條件下用氧氣催化氧化甲醇制氫氣，原料氣中n(O2)/n(CH3OH)對(duì)反應(yīng)的選擇性影響如圖所示(選擇性越大表示生成的該物質(zhì)越多)。當(dāng)n(O2)/n(CH3OH)=0.25 時(shí)，主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________，制備H2 時(shí)最好控制n(O2)/n(CH3OH)=___________。

（2）甲醇催化脫氫制甲酸甲酯的反應(yīng)為:2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) △H =a kJ·mol-1

①已知 :CO(g)+ l/2O2(g)=CO2(g) △H1 =-283kJ·mol-1

2CH3OH(g)+O2(g)=2CO2(g)+4 H2(g) △H2 =-386kJ·mol-1

2CO(g)+2 H2(g)=HCOOCH3(g ) △H3 =-134kJ·mol-1

a=_________________。

②在310℃下，將2mol 甲醇置于VL恒容密閉容器中，反應(yīng)20 分鐘后到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇和氫氣的分壓相等。從開始到平衡時(shí)甲醇的平均反應(yīng)速率為____ mol·L-1·min-1，若平衡時(shí)氣體總壓為P總=5×104Pa，Kp=_______。(已知: Kp是用平衡氣體分壓代替平衡濃度求得的平衡常數(shù)。氣體分壓=氣體總壓×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。若在310℃下，將2mol 甲醇置于VL恒壓密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)甲醇的分壓______氫氣的分壓(填“>”，“=”或“<”)。

（3） 電解法可消除甲醇對(duì)水質(zhì)造成的污染，原理是: 通電將Co2+ 氧化成Co3+，然后Co3+將甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯吸附除去Co2+)�，F(xiàn)用如圖所示裝置模擬上述過(guò)程，請(qǐng)寫出:

①陰極的電極反應(yīng)式_______________________________________。

②除去甲醇的離子方程式為_________________________。

Answer 1

【答案】 2CH3OH+O22HCHO+2H2O 0.5 46 1/(20V)(或0.05/V) 1×104(或1×104Pa) < 2H++2e-=H2↑ 6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6H++6Co2+

【解析】(1)由圖可知當(dāng)n(O2)／n(CH3OH) =0.25時(shí)得到的產(chǎn)物是甲醛，CH3OH與O2發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為2CH3OH+O22HCHO+2H2O；在制備H2時(shí)由于在n(O2)／n(CH3OH) =0.5時(shí)選擇性最高，所以最好控制n(O2)/n(CH3OH)= 0.5；（2） ①已知:CO(g)+l/2O2(g)=CO2(g) △H1 =-283kJ·mol-1 ；2CH3OH(g)+O2(g)=2CO2(g)+4 H2(g) △H2 =-386kJ·mol-1 ；2CO(g)+2 H2(g)=HCOOCH3(g) △H3 =-134kJ·mol-1 ；根據(jù)蓋斯定律，由②+③-①得反應(yīng)2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) △H =△H2+ △H3 - △H1 =-386kJ·mol-1 -134kJ·mol-1 +283kJ·mol-1 =+46 kJ·mol-1 ，故a=46；

②設(shè)平衡時(shí)甲醇消耗的物質(zhì)的量為x，則2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)

開始時(shí)的物質(zhì)的量（mol） 2 0 0

改變的物質(zhì)的量（mol） x 0.5x x

平衡時(shí)的物質(zhì)的量（mol） 2-x 0.5x x

故2-x=x，x=1mol，從開始到平衡時(shí)甲醇的平均反應(yīng)速率為=mol·L-1·min-1；平衡時(shí)CH3OH、HCOOCH3、H2的物質(zhì)的量分別為1mol、0.5mol、1mol，Kp==1×104Pa；(3) 通電后，電解池中水電離產(chǎn)生的氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，陰極電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑；將Co2+氧化成Co3+，電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co2+-e-=Co3+；以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化，自身被還原為Co2+，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H+，配平書寫離子方程式為：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+。