水煤气法制取甲醇（CH3OH）的反应及其反应的焓变、平衡常数如下：① CH4(g) +1/...

水煤气法制取甲醇（CH3OH）的反应及其反应的焓变、平衡常数如下：

① CH4(g) +1/2O2(g)CO(g) + 2H2(g)　 △H1 =－35.4kJ·mol－1 平衡常数K1

② CO(g) + 2H2(g) CH3OH (g)　　　　 △H2 =－90.1 kJ·mol－1 　 平衡常数K2

③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g)　　　 △H3　　　　　　　　　　　　　 平衡常数K3

（1）在25℃、101kPa下，1g液态甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为_________________________________。

（2）依据盖斯定律求出反应③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) △H3 =_____kJ·mol－1，相同温度下K3=______（用含K1、K2代数式表示）。

（3）下列关于化学反应中的能量及变化理解错误的是（填字母序号）______。

a．反应中活化能的作用是使反应物活化，从而启动反应或改变反应速率

b．化学键的断裂与形成一定伴随着电子的转移和能量变化

c．在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差即焓变（△H）决定

d．氯化钠晶体熔化时，离子键被破坏，吸收能量，发生化学变化

e．200℃、101kPa时，1 mol H2和碘蒸气作用生成HI的反应，热化学方程式表示如下：H2(g)＋I2(g) = 2HI(g)　 △H= -14.9 kJ·mol－1

f．燃烧热定义中“生成稳定的氧化物”，意味着这些氧化物不能再燃烧了

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煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下：

①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　 ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

③CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

850 ℃平衡常数分别为K1＝160、K2＝243、K3＝160，甲醇可以与乙酸反应制香料CH3OH(l)＋CH3COOH(l) CH3COOCH3(l)＋H2O(l)。

(1)则反应ΔH3＝____________，制香料反应的K的表达式________________。

(2)由CO合成甲醇时，以下有关该反应的说法正确的是________(填字母)。

A．恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡

B．一定条件下，H2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡

C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH 的产率

D．某温度下，将2 mol CO和6 mol H2 充入2 L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝0.2　 mol·L－1，则CO的转化率为80%

(3)850 ℃时，在密闭容器中进行反应①，开始时只加入CO2、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆，该时间段内反应速率v(H2)＝____________________________________________________。

(4)在一定条件下3 L恒容密闭容器中，充入一定量的H2和CO2仅发生反应①，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H2和CO2的起始的投入量以A和B两种方式投入

A：n(H2)＝3 mol，n(CO2)＝1.5 mol，

B：n(H2)＝3 mol，n(CO2)＝2 mol，曲线Ⅰ代表哪种投入方式________(用A、B表示)。

②在温度为500 K的条件下，按照A方式充入3 mol H2和1.5 mol CO2，该反应10 min时达到平衡，在此条件下，系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3 min时，迅速将体系温度升至600 K，请在图2中画出3～10 min内容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线。_____________________

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甲醇是重要的工业原料。煤化工可以利用煤炭制取水煤气从而合成甲醇：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

已知①常压下反应的能量变化如图所示。

②

③CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH=－280kJ/mol

H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)　 ΔH=－284kJ/mol

H2O(l)===H2O(g) ΔH=+ 44kJ/mol

请回答下列问题：

(1)请写出表示气态甲醇燃烧热的热化学方程式_________________________。

(2)H—O键的键能x为_________kJ/mol。

(3)甲醇气体分解为CO和H2两种气体的反应的活化能为_________kJ/mol。

(4)在________(填“高温”或“低温”)情况下有利于CO和H2制备甲醇的反应自发进行。

(5)某兴趣小组同学利用甲醇燃料电池探究电浮选法处理污水的一种方式：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH )3沉淀。Fe(OH)3具有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。装置如右图所示。

①写出甲池的A极电极反应式：______________________。

②若乙池实验时污水中离子浓度较小，导电能力较差，净水效果不好，此时应向污水中加入适量的_______。

A．H2SO4

B．BaSO4

C．Na2SO4

D．NaOH

E．CH3CH2OH

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二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取甲醚的原理如下：

I．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

II．2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

（1）300℃和500℃时，反应I的平衡常数分别为K1、K2，且K1＞K2，则其正反应为_______反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）在恒容密闭容器中发生反应I：

①下图能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是______________（填“a”或“b”）。

②下列说法能表明反应已达平衡状态的是____（填标号）。

A．容器中气体的压强不再变化　　　　　　　　　 B．混合气体的密度不再变化

C．混合气体的平均相对分子质量不再变化　　 D．v正(H2)=2v正(CH3OH)

（3）500K时，在2L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3) ，则：

① 0～4 min，反应I的v(H2)=______，反应I的平衡常数K=______。

② 反应II中CH3OH的转化率α=_______。

（4）二甲醚燃料电池的工作原理如图听示，则X电极的电极反应式为_______。用该电池对铁制品镀铜，当铁制品质量增加64 g时，理论上消耗二甲醚的质量为_______g（精确到0.01）。

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二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取甲醚的原理如下：

I．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

II．2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

（1）300℃和500℃时，反应I的平衡常数分别为K1、K2，且K1＞K2，则其正反应为_______反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）在恒容密闭容器中发生反应I：

①下图能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是______________（填“a”或“b”）。

②下列说法能表明反应已达平衡状态的是____（填标号）。

A．容器中气体的压强不再变化　　　　　　　　　 B．混合气体的密度不再变化

C．混合气体的平均相对分子质量不再变化　　 D．v正(H2)=2v正(CH3OH)

（3）500K时，在2L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3) ，则：

① 0～4 min，反应I的v(H2)=______，反应I的平衡常数K=______。

② 反应II中CH3OH的转化率α=_______。

（4）二甲醚燃料电池的工作原理如图听示，则X电极的电极反应式为_______。用该电池对铁制品镀铜，当铁制品质量增加64 g时，理论上消耗二甲醚的质量为_______g（精确到0.01）。

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甲醇（CH3OH）的合成与应用具有广阔的发展前景。

Ⅰ．合成甲醇的部分工艺流程如下：

（1）甲烷与水蒸气反应制备合成甲醇的原料气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，甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式为________。

（2）在催化剂的作用下，200~300℃时，合成反应器内发生反应：ⅰ. CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)∆H＜0，ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)∆H＜0。

①一段时间内，记录合成反应器出、入口样品的温度，数据如图所示。曲线_________是合成反应器出口样品的温度。

②如果你是工程师，请对合成反应器中压强的控制提出建议并说明理由：_______。合成反应器中有少量的副反应，会生成二甲醚（CH3OCH3）、甲酸甲酯等。已知沸点：甲醇 64.7℃；二甲醚 -24.9℃；甲酸甲酯32.0℃。

③CO和H2生成二甲醚的化学方程式是_________。

④从合成反应器出来的产品经分离提纯可以得到甲醇，请简述该方法_______。

Ⅱ．下图为甲醇燃料电池的示意图。

（3）①负极的电极反应式是_______。

②质子交换膜材料的合成是燃料电池的核心技术。我国科研人员研发的一种质子交换膜材料的结构片段如下，它由三种单体缩聚而成。

已知：ROH + R’Cl → R—O—R’ + HCl，单体的结构简式是：　 、 _____、___。

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甲醇可通过将煤气化过程中生成的CO和H2在一定条件下，发生如下反应制得：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题：

(1)从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)＝　　　　　 ，CO的转化率为　　　　　 。

(2)该反应的平衡常数表达式为　　　　　 ，温度升高，平衡常数　　　　　 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)若在一体积可变的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H2和1 mol CH3OH，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则加入各物质后该反应向　　　　　 (填“正”、“逆”)反应方向移动，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

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甲醇可通过将煤气化过程中生成的CO和H2在一定条件下，发生如下反应制得:CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题：

(1)从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=　　　　 ，CO的转化率为　　　　 。

(2)该反应的平衡常数表达式为　　　　　 ，温度升高，平衡常数　　　　 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)若在一体积可变的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H2和1 mol CH3OH，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则加入各物质后该反应向　　　 (填“正”、“逆”)反应方向移动，理由是　　　　　　　　　　 。

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一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，CO与H₂反应生成甲醇（催化剂为Cu₂O/ZnO）：CO (g) + 2H₂ (g)   CH₃OH (g)

根据题意完成下列各题：

（1）反应达到平衡时，平衡常数表达式K=_________________   升高温度，K值___________ （填“增大”、“减小”或“不变”）

（2）在500℃，从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v (H₂) = ___________

（3）在其它条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的1/2，下列说法正确的是__________

a. H₂的浓度减少           b. 正反应速率加快，逆反应速率也加快

c .甲醇的物质的量增加     d. 重新平衡时n (H₂) / n (CH₃OH)增大

（4）据研究，反应过程中起催化作用的是Cu₂O，反应体系中含有少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，原因是________________(用化学方程式表示)

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（14分）二甲醚（CH₃OCH。）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效等优良的性能。以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

（1）催化反应室B中CO与H₂合成二甲醚的化学方程式为________.

（2）催化反应室A中发生的反应为：

CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）……（I）、CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）……（Ⅱ）催化反应室C中发生的反应为：

CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）……（Ⅲ）、CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）……（Ⅳ）

①已知：原子利用率=×100％，试求反应（Ⅳ）的原子利用率为________。

②反应（Ⅳ）的△S ________0（填“>”、“=”或“<”）。

③在压强为5MPa，体积为VL的反应室c中，amol CO与20mol H₂在催化剂作用下发生反应（Ⅲ）生成甲醇，CO的转化率与温度的关系如右图。则该反应的△H________0（填“>”、“=”或“<”）。300℃时该反应的平衡常数K= ________（用含字母的代数式表示）。

（3）我国某科研所提供一种碱性“直接二甲醚燃料电池”。

该燃料电池负极的电极反应式为：

CH₃OCH₃一12e^一+16OH^一=2CO^2-₃+11H₂O。有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫（体积分数为x）废气的方法如下：

①将含SO₂的废气通人电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；

②将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸；

③将盐酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂气体回收。

用上述碱性“直接二甲醚燃料电池”电解食盐水来处理标准状况下VL的废气，计算消耗二甲醚的质量。

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