Question

利用甲醇(CH₃OH)制备一些高附加值产品，是目前研究的热点。

（1）甲醇和水蒸气经催化重整可制得氢气，反应主要过程如下：

反应Ⅰ. CH₃OH(g)＋H₂O(g)3H₂(g)＋CO₂(g)   △H₁

反应Ⅱ. H₂(g)＋CO₂(g)H₂O(g)＋CO(g)       △H₂= a kJ·mol^-1

反应Ⅲ. CH₃OH(g)2H₂(g)＋CO(g)           △H₃= b kJ·mol^-1

 反应Ⅳ. 2CH₃OH(g)2H₂O(g)＋C₂H₄(g)        △H₄= c kJ·mol^-1

①△H₁=______kJ·mol^-1 。

②工业上采用CaO吸附增强制氢的方法，可以有效提高反应Ⅰ氢气的产率，如图−1，请分析加入CaO提高氢气产率的原因：______。

      

③在一定条件下用氧气催化氧化甲醇制氢气，原料气中对反应的选择性影响如题图−2所示(选择性越大表示生成的该物质越多)。制备H₂时最好控制=______，当= 0.25时，CH₃OH和O₂发生的主要反应方程式为______。

（2）以V₂O₅为原料，采用微波辅热-甲醇还原法可制备VO₂，在微波功率1000kW下，取相同质量的反应物放入反应釜中，改变反应温度，保持反应时间为90min，反应温度对各钒氧化物质量分数的影响曲线如图−3所示，温度高于250℃时，VO₂的质量分数下降的原因是______。

（3）以甲醇为原料，可以通过电化学方法合成碳酸二甲酯[(CH₃O)₂CO]，工作原理如图−4所示。

①电源的负极为______(填“A”或“B”)。

②阳极的电极反应式为______。

Answer

b –a CaO消耗CO2，降低CO2的浓度，促进平衡正向移动，提高H2的产率 0.5 2CH3OH＋O22HCHO＋2H2O 甲醇继续还原VO2为V2O3 B 2CH3OH＋CO −2e−=(CH3O)2CO＋2H+

【解析】

（1）①这是一道典型的盖斯定律的应用，按要求来解题即可；

②氧化钙是碱性氧化物，二氧化碳是酸性氧化物，因此二者可以反应得到碳酸钙，二氧化碳被消耗后相当于生成物浓度降低，平衡将正向移动；

③根据题图不难看出最佳的投料比为0.5，当投料比为0.25时，甲醛的选择性非常高，因此此时主要是生成甲醛的反应；

（2）当温度升高时我们可以发现的质量分数在上升，温度升高后甲醇的还原性增强，将进一步还原为；

（3）根据装置图不难看出右侧在得电子，左侧在失电子，因此右侧为阴极，左侧为阳极，据此来解答即可。

（1）①不难看出，只要用反应III减去反应II，就可以得到，因此热效应也为反应III减去反应II，即；

②氧化钙是碱性氧化物，二氧化碳是酸性氧化物，因此二者可以反应得到碳酸钙，二氧化碳被消耗后相当于生成物浓度降低，平衡将正向移动；

③根据题图不难看出，当投料比为0.5时，氢气的选择性最大，即可以得到更多的氢气，当投料比为0.25时，甲醛的选择性更大，即可以得到更多的甲醛；

（2）温度升高后甲醇的还原性增强，将进一步还原为，因此的质量分数下降；

（3）①右侧氧气得电子变成水，因此右侧是阴极，与阴极相连的B为电源负极，同理，左侧A为正极，与A相连的为阳极；

②阳极是甲醇、一氧化碳失电子变为碳酸二甲酯，据此写出电极反应式：。