化学
甲醇是一种可再生能源，又是一种重要的化工原料，具有开发和应用的广阔前景．工业上可用如下方法合成甲醇： 方法一 CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g） 方法二 CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g） （1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ•mol-1②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1③H2O（l）═H2O（g）△H=+44.0kJ•mol-1则甲

2019-11-28

甲醇是一种可再生能源，又是一种重要的化工原料，具有开发和应用的广阔前景．
工业上可用如下方法合成甲醇：
方法一 CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
方法二 CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）
（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
③H2O（l）═H2O（g）△H=+44.0kJ•mol-1
则甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学反应方程式为___．
（2）方法一生产甲醇是目前工业上常用的方法．在一定温度下，向2L密闭容器中充入1molCO和2molH2，发生上述反应，5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%．请回答下列问题：
①前5分钟内甲醇的平均反应速率为___；已知该反应在低温下能自发进行，则反应的△H为___（填“>”、“<”或“=”）0．
②在该温度下反应的平衡常数K=___．
③在图甲方框的坐标系中画出甲醇的物质的量浓度随时间的变化曲线．
作业帮
（画在答题纸上）
④关于上述反应，下列叙述不正确的是___（填编号）．
A．达到平衡时，移走部分甲醇，平衡将向右移动，正反应速率加快
B．缩小容器的体积，平衡将向右移动，c（CO）将变大
C．在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，则应该选用乙催化剂
D．若保持平衡时的温度和压强不变，再向容器中充入0.8molCO和0.6mol CH3OH，则此时v正>v逆
（3）方法二生产甲醇应更具前景，写出方法二生产甲醇的一个优点___．
（4）根据反应2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g），可利用CH3OH生产CH3OCH3．
有人对甲醇脱水转化为二甲醚过程从温度、液体空速（在单位时间内单位体积的催化剂表面通过的原料的量，空速越小，停留时间越长，反应程度越高，但处理能力越小）、压力对甲醇的转化率影响进行研究，分别获得图乙2幅图．
根据以上两幅图选择不受空速影响的合适反应温度和压强___．
（5）根据文献，甲醇生产二甲醚的转化率可以根据冷凝的液相中的甲醇与水的相对百分含量来计算（忽略挥发到气相的甲醇）．若以Cw表示冷凝液中水的质量分数，CM表示冷凝液中甲醇的质量分数，则甲醇的转化率xM=___．
优质解答
（1）：①2CH3OH（l）+3O2（g）⇌2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）⇌2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
③H2O（l）=H2O（g）△H=+44.0kJ•mol-1
由盖斯定律计算，（①-②-③×4）×
1
2
得到甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学反应方程式为CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ•mol-1；
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ•mol-1；
（2）在一定温度下，向2L密闭容器中充入1molCO和2molH2，发生上述反应，5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%，则
                 CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
起始量（mol/L）  0.5        1          0  
变化量（mol/L）  0.4       0.8         0.4
平衡量（mol/L）  0.1        0.2        0.4
①前5分钟内甲醇的平均反应速率=
0.4mol/L
5min
=0.08mol/L•min；已知该反应在低温下能自发进行，△H-T△S<0，反应△S<0，则△H<0；
故答案为：0.08mol/（L•min）；<；
②K=
0.4
0.1×0.2 2
=100，故答案为：100；
③根据以上三段式计算得，甲醇从反应开始到5min达平衡，浓度由0增大到0.4mol/L，所以甲醇的物质的量浓度随时间的变化曲线为作业帮，故答案为：作业帮；
④A．达到平衡时，移走部分甲醇，平衡将向右移动，反应物浓度减小，正反应速率减小，故A错误；
B．反应是气体体积减小的反应，缩小容器的体积，压强增大，平衡将向右移动，但c（CO）将变大，故B正确；
C．催化剂对正逆反应速率影响程度相同，在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，则应该选用乙催化剂，故C正确；
D．若保持平衡时的温度和压强不变，再向容器中充入0.8molCO和0.6mol CH3OH，浓度商Q=
0.4+
0.6
2
(0.1+
0.8
2
)×0.2 2
=35<K，平衡正向进行，则此时v正>v逆 ，故D正确；
故答案为：A；
（3）方法二生产甲醇消耗二氧化碳，有效控制温室效应，所以应更具前景，故答案为：减小二氧化碳的排放，有效控制温室效应；
（4）根据图1、图2可知，不受空速影响的合适反应温度为320℃、压强在0.2-0.6Mpa，
故答案为：320℃、0.2-0.6Mpa；
（5）设冷凝液总质量为mg，水的物质的量为：
m•C W
18
mol，甲醇的物质的量为：
m•C M
32
mol，
根据反应2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）可知，生成
m•C W
18
mol水，需要消耗甲醇的物质的量为：2×
m•C W
18
mol，
甲醇的转化率为：xM=
2m•Cw
18
2m•Cw
18
+
m•CM
32
=
32C W
32C W+9C M
，
故答案为：（1）：①2CH3OH（l）+3O2（g）⇌2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）⇌2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
③H2O（l）=H2O（g）△H=+44.0kJ•mol-1
由盖斯定律计算，（①-②-③×4）×
32C W
32C W+9C M
1
2
得到甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学反应方程式为CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ•mol-1；
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ•mol-1；
（2）在一定温度下，向2L密闭容器中充入1molCO和2molH2，发生上述反应，5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%，则
                 CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
起始量（mol/L）  0.5        1          0  
变化量（mol/L）  0.4       0.8         0.4
平衡量（mol/L）  0.1        0.2        0.4
①前5分钟内甲醇的平均反应速率=
0.4mol/L
5min
=0.08mol/L•min；已知该反应在低温下能自发进行，△H-T△S<0，反应△S<0，则△H<0；
故答案为：0.08mol/（L•min）；<；
②K=
0.4
0.1×0.2 2
=100，故答案为：100；
③根据以上三段式计算得，甲醇从反应开始到5min达平衡，浓度由0增大到0.4mol/L，所以甲醇的物质的量浓度随时间的变化曲线为作业帮，故答案为：作业帮；
④A．达到平衡时，移走部分甲醇，平衡将向右移动，反应物浓度减小，正反应速率减小，故A错误；
B．反应是气体体积减小的反应，缩小容器的体积，压强增大，平衡将向右移动，但c（CO）将变大，故B正确；
C．催化剂对正逆反应速率影响程度相同，在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，则应该选用乙催化剂，故C正确；
D．若保持平衡时的温度和压强不变，再向容器中充入0.8molCO和0.6mol CH3OH，浓度商Q=
0.4+
0.6
2
(0.1+
0.8
2
)×0.2 2
=35<K，平衡正向进行，则此时v正>v逆 ，故D正确；
故答案为：A；
（3）方法二生产甲醇消耗二氧化碳，有效控制温室效应，所以应更具前景，故答案为：减小二氧化碳的排放，有效控制温室效应；
（4）根据图1、图2可知，不受空速影响的合适反应温度为320℃、压强在0.2-0.6Mpa，
故答案为：320℃、0.2-0.6Mpa；
（5）设冷凝液总质量为mg，水的物质的量为：
m•C W
18
mol，甲醇的物质的量为：
m•C M
32
mol，
根据反应2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）可知，生成
m•C W
18
mol水，需要消耗甲醇的物质的量为：2×
m•C W
18
mol，
甲醇的转化率为：xM=
2m•Cw
18
2m•Cw
18
+
m•CM
32
=
32C W
32C W+9C M
，
故答案为：
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32C W
32C W+9C M