Question

【題目】甲醇（CH3OH）的合成與應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

Ⅰ．合成甲醇的部分工藝流程如下：

（1）甲烷與水蒸氣反應(yīng)制備合成甲醇的原料氣CO、CO2和H2。CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) 、H ＝＋206.2 kJ·mol－1，CO(g) + H2O(g) ＝CO2(g) + H2(g)H ＝41.0 kJ·mol－1，甲烷與水蒸氣反應(yīng)生成CO2和H2的熱化學方程式為________。

（2）在催化劑的作用下，200~300℃時，合成反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)：ⅰ. CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)H＜0，ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)H＜0。

①一段時間內(nèi)，記錄合成反應(yīng)器出、入口樣品的溫度，數(shù)據(jù)如圖所示。曲線_________是合成反應(yīng)器出口樣品的溫度。

②如果你是工程師，請對合成反應(yīng)器中壓強的控制提出建議并說明理由：_______。合成反應(yīng)器中有少量的副反應(yīng)，會生成二甲醚（CH3OCH3）、甲酸甲酯等。已知沸點：甲醇 64.7℃；二甲醚 -24.9℃；甲酸甲酯32.0℃。

③CO和H2生成二甲醚的化學方程式是_________。

④從合成反應(yīng)器出來的產(chǎn)品經(jīng)分離提純可以得到甲醇，請簡述該方法_______。

Ⅱ．下圖為甲醇燃料電池的示意圖。

（3）①負極的電極反應(yīng)式是_______。

②質(zhì)子交換膜材料的合成是燃料電池的核心技術(shù)。我國科研人員研發(fā)的一種質(zhì)子交換膜材料的結(jié)構(gòu)片段如下，它由三種單體縮聚而成。

已知：ROH + R’Cl → R—O—R’ + HCl，單體的結(jié)構(gòu)簡式是： 、 _____、___。

Answer 1

【答案】CH4(g) + 2H2O(g) ＝CO2(g) + 4H2(g) H ＝ +165.2kJ·mol－1 a 適當加壓。加壓能使該反應(yīng)速率增大、原料轉(zhuǎn)化率升高，也會增加設(shè)備和動力成本 2CO＋4H2 CH3OCH3+ H2O 降溫冷凝得到液態(tài)甲醇粗品再蒸餾提純 CH3OH－6e－＋H2O = CO2＋6H+ 或

【解析】

I、（1）應(yīng)用蓋斯定律寫出熱化學方程式；

（2）①兩個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，合成反應(yīng)器出口樣品的溫度更高一些；

②兩個反應(yīng)都是氣體體積減小的反應(yīng)，從平衡的角度來看，高壓更合適，但是壓強高，意味著設(shè)備要好，這就需要加大成本的投入，因此需要適當加壓；

③題中告知反應(yīng)物和生成物，寫完整方程式即可；

④題中給出了幾個物質(zhì)的沸點，甲醇的沸點較高，且和其他物質(zhì)的沸點相差較大，可以通過降溫冷凝的方法得到甲醇；

II、（3）①燃料電池的構(gòu)造中有質(zhì)子交換膜，則說明反應(yīng)中產(chǎn)生H+，故負極電極反應(yīng)為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②結(jié)合題中給出的方程式分析即可。

I、（1）根據(jù)蓋斯定律，將兩個熱化學方程式加起來得：CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) H=+165.2kJ·mol-1；

（2）①兩個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，合成反應(yīng)器出口樣品的溫度更高一些，故選a；

②兩個反應(yīng)都是氣體體積減小的反應(yīng)，從平衡的角度來看，增大壓力，能使該反應(yīng)速率增大、原料轉(zhuǎn)化率升高，但是壓強高，意味著設(shè)備要好，這就需要加大成本的投入，因此需要適當加壓；

③CO和H2生成二甲醚的化學方程式為：2CO+4H2CH3OCH3+H2O；

④題中給出了幾個物質(zhì)的沸點，甲醇的沸點較高，且和其他物質(zhì)的沸點相差較大，可以通過降溫冷凝的方法得到甲醇粗品，再經(jīng)過蒸餾提純；

II、（3）①燃料電池的構(gòu)造中有質(zhì)子交換膜，則說明反應(yīng)中產(chǎn)生H+，故負極電極反應(yīng)為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②結(jié)合題中給出的化學方程式，可以推出另外兩種單體分別為：、或。