题目内容

9．甲醇是一种重要的有机化工原料，需求量巨大．目前我国独创的联醇工艺的核心是采用一氧化碳加氢中压合成法．主要反应如下：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=-111.0kJ/mol
另有副反应：2CO+2H2O═CO2+CH4 等；中压法操作：压力为10-15MPa，温度控制在513K-543K，所用催化剂是CuO-ZnO-Al2O3．合成甲醇的流程如图所示，

请回答：
（1）实际生产中CO不能过量，以免生成羰基铁使催化剂失去活性，而氢气过量是有益的，指出两点理由：既可以防止或减少副反应发生、又可带走反应热避免催化剂过热而中毒．
（2）采取10-15MPa压力的作用是加压有利于提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜采取经济效益较好的压力；温度控制在513K-543K的原因是此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大．
（3）原料气中的H2S对铜催化剂影响甚重，故必先去除之，通常用生石灰除杂，该反应的化学方程式为H2S+CaO=CaS+H2O：
（4）粗甲醇中含有二甲醚等副产物，在常压下蒸馏粗甲醇，首先获得的馏分是CH3OCH3（写结构简式）；获得的甲醇又可在银催化下氧化成甲醛，该反应的化学方程式为：2CH3OH+O2 $→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H2O．
（5）若CO的转化率为80%，当有22.4M3（标况）CO与过量H2充分反应（不计其它副反应），可制得纯度为96%的甲醇的质量为26.67kg，同时获得热量8.88×104kJ．

分析 气态烃、水蒸气和空气制备氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等混合气体，通过净化除去二氧化碳得到氢气、一氧化碳和硫化氢，然后除去硫化氢，最终得到二氧化碳和氢气的混合气体，经压缩得液态的一氧化碳和氢气，然后在合成塔中合成得到粗产品，经分馏得甲醇，
（1）氢气过量提高一氧化碳的转化率，防止副反应发生，大量的气流又可带走反应热量；
（2）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=-111.0kJ/mol，正反应是气体体积缩小的反应，增大压强虽然有利于平衡正向移动，提高甲醇的产量，但压力大对设备的强度要求高成本大，正反应是放热反应，从有利于甲醇生成的角度应是低温，但温度过低达不到催化剂的活性；
（3）原料气中的H2S对铜催化剂影响甚重，故必先去除之，通常用生石灰除杂，生成硫化钙和水，所以反应的化学方程式为H2S+CaO=CaS+H2O；
（4）甲醇分子间存在氢键，所以沸点高于二甲醚，所以首先获得的馏分是二甲醚，醇的催化氧化实质是脱氢，所以反应方程式为：2CH3OH+O2 $→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H2O；
（5）根据 CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g），得1mol的一氧化碳生成32×10-3kg的甲醇，22.4M3（标况）的物质的量为：$\frac{22.4×1{0}^{3}}{22.4}$=103mol，根据CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=-111.0kJ/mol，1molCO完全反应放出111KJ的热量，由此分析解答．

解答 解：（1）氢气过量提高一氧化碳的转化率，防止副反应发生，大量的气流又可带走反应热量，
故答案为：既可以防止或减少副反应发生，又可带走反应热避免催化剂过热而中毒；
（2）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=-111.0kJ/mol，正反应是气体体积缩小的反应，增大压强虽然有利于平衡正向移动，提高甲醇的产量，但压力大对设备的强度要求高成本大，所以加压有利于提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜采取经济效益较好的压力，正反应是放热反应，从有利于甲醇生成的角度应是低温，但温度过低达不到催化剂的活性，所以此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大，
故答案为：加压有利于提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜采取经济效益较好的压力；此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大；
（3）原料气中的H2S对铜催化剂影响甚重，故必先去除之，通常用生石灰除杂，生成硫化钙和水，所以反应的化学方程式为H2S+CaO=CaS+H2O，
故答案为：H2S+CaO=CaS+H2O；
（4）甲醇分子间存在氢键，所以沸点高于二甲醚，所以首先获得的馏分是二甲醚，醇的催化氧化实质是脱氢，所以反应方程式为：2CH3OH+O2 $→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H2O，故答案为：CH3OCH3，2CH3OH+O2 $→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H2O；
（5）根据 CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g），得1mol的一氧化碳生成32×10-3kg的甲醇，22.4M3（标况）的物质的量为：$\frac{22.4×1{0}^{3}}{22.4}$=103mol，所以可制得纯度为96%的甲醇的质量为$\frac{1{0}^{3}×80%×32×1{0}^{-3}}{96%}$=26.67kg，根据CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=-111.0kJ/mol，1molCO完全反应放出111KJ的热量，103mol×80%=800mol，所以放出热量为：111×800=8.88×104kJ，故答案为：26.67kg；8.88×104kJ．

点评 本题考查外界条件对于化学反应速率、有机化学反应方程的书写，相关计算，掌握基础是解题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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12．下列说法中正确的是（　　）
A．淀粉、纤维素、油脂、蛋白质都属于天然有机高分子化合物
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13．英国科学家发现“南极上空有大量消耗臭氧的化学物质：溴和碘的氧化物”．下列有关推断正确的是（　　）
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17．污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题．某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含少量铁，铝，铜等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程，既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已省略）．

请回答下列问题：
（1）上述流程脱硫实现了ac（选填编号）．
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（2）步骤I生成无水MnSO4的化学方程式是MnO2+SO2=MnSO4．
步骤IV生成无水MnO2的化学方程式是2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2+2H2SO4．
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（5）假设脱除的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应．按照图示流程，将2.0 m3（标准状况）含SO2的体积分数为60%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量10.44kg．则在除去铁、铝、铜、镍等杂质的过程中，所引入的锰元素为1.32kg．
4．现需要纯净的氯化钠溶液，但实验室中只有混有硫酸钠、碳酸氢铵的氯化钠固体．某同学设计了一个除去杂质获得纯净氯化钠溶液的实验方案．

（1）操作①中发生反应的化学方程式是NH4HCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH3↑+CO2↑+H2O．
（2）操作②中BaCl2溶液能否改用硝酸钡溶液不能（填“能”或“不能”）．如果能，下一空不需要回答；如果不能，请说明理由：选用Ba（NO3）2溶液会引入新的杂质离子NO3-．
（3）写出操作③的离子方程式Ba2++CO32-=BaCO3↓．
（4）操作④的目的是除去溶解在溶液中的CO2气体和HCl．
14．能源与材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱．下列相关叙述正确的是（　　）
A．石油分馏能得到石油气、汽油和煤油等清洁能源
B．
在如图循环转化过程中，太阳能最终转化为热能
C．煤的干馏是指将煤在空气中加热的过程，工业上也叫煤的焦化
D．糖类、油脂、蛋白质是为了人类生命活动提供能量的基本营养物质，都能发生水解反应
1．下列叙述不正确的是（　　）
A．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点升高
B．在有机物中，碳原子通过四个共价键与其它原子结合
C．甲烷、乙烯都能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D．烷烃在光照下与氯气发生取代反应
18．几种短周期元素的原子半径及主要化合价见下表：
 元素代号 KL M Q R T N 
 原子半径/nm 0.183 0.160 0.143 0.102 0.089 0.074 0.152
 主要化合价+1+2+3+6，-2+2-2+1
下列叙述正确的是（　　）
A．K、L、M三种元素的金属性逐渐增加
B．在RCl2分子中，各原子均满足8电子的稳定结构
C．Q元素的最高价氧化物为电解质，其水溶液能够导电
D．K在T单质中燃烧所形成的化合物中阳离子与阴离子数目之比为2：1
19．生活中处处有化学，下列相关表述正确的是（　　）
A．苯酚对皮肤有腐蚀性B．乙醇是不可再生的能源
C．质量分数75%的酒精为医用酒精D．天然橡胶的主要成分是异戊二烯

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