Question

【题目】甲醇(CH3OH)是重要的有机化工原料，可用于制取氢气、甲酸甲酯(HCOOCH3)。(1) 在一定条件下用氧气催化氧化甲醇制氢气，原料气中n(O2)/n(CH3OH)对反应的选择性影响如图所示(选择性越大表示生成的该物质越多)。当n(O2)/n(CH3OH)=0.25 时，主要反应的化学方程式为____________，制备H2 时最好控制n(O2)/n(CH3OH)=___________。

（2）甲醇催化脱氢制甲酸甲酯的反应为: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，将2mol 甲醇置于VL恒容密闭容器中，反应20 分钟后到达平衡，平衡时甲醇和氢气的分压相等。从开始到平衡时甲醇的平均反应速率为____ mol·L-1·min-1，若平衡时气体总压为P总=5×104Pa，Kp=_______。(已知: Kp是用平衡气体分压代替平衡浓度求得的平衡常数。气体分压=气体总压×气体的物质的量分数)。若在310℃下，将2mol 甲醇置于VL恒压密闭容器中，反应到达平衡时甲醇的分压______氢气的分压(填“>”，“=”或“<”)。

（3） 电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是: 通电将Co2+ 氧化成Co3+，然后Co3+将甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯吸附除去Co2+)。现用如图所示装置模拟上述过程，请写出:

①阴极的电极反应式_______________________________________。

②除去甲醇的离子方程式为_________________________。

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)由图可知当n(O2)／n(CH3OH) =0.25时得到的产物是甲醛，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为2CH3OH+O22HCHO+2H2O；在制备H2时由于在n(O2)／n(CH3OH) =0.5时选择性最高，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 ；根据盖斯定律，由②+③-①得反应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设平衡时甲醇消耗的物质的量为x，则2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)

开始时的物质的量（mol） 2 0 0

改变的物质的量（mol） x 0.5x x

平衡时的物质的量（mol） 2-x 0.5x x

故2-x=x，x=1mol，从开始到平衡时甲醇的平均反应速率为=mol·L-1·min-1；平衡时CH3OH、HCOOCH3、H2的物质的量分别为1mol、0.5mol、1mol，Kp==1×104Pa；(3) 通电后，电解池中水电离产生的氢离子得电子产生氢气，阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑；将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+。