甲醇燃料市场前景可观吗

甲醇是大宗有机化工原料，资源丰富来源广泛，可通过煤转化合成，天然气制备，还可通过木材甚至垃圾来制取，世界各国为节约石油资源，自上世纪三十年代就开始对甲醇燃料进行深入广泛的研究。随着中国经济的崛起， 对甲醇燃料的研究应用已从技术上取得重大突破，如漯河石化集团有限公司开发研究的M15、M30、M50、M65等不同比例的清洁甲醇汽油已在实际中较大范围地应用推广。 。。发展甲醇燃料的必要性\x0d\x0a我国石油储量有限，目前已探明的石油储量仅能开采20年左右，从1993年起就已成为石油净进口国。200年石油进口量为7000万吨。2002年日耗量已达501万桶，超过日本，成为仅次于美国的世界石油第二大消费国。中国石油60%以上依赖进口，成为世界石油的最主要买主。把中国的现代化建立在主要依赖石油进口上，不仅没有能源保障，也无国家安全。因此，要想不断发展和壮大，能源安全保障已成为我国迫切需要解决的问题。\x0d\x0a我国政府虽然对石油进口采取了一系列多方位战略，大力促进中国中西部及海上石油和天然气的勘探开发，促进石油进口的多渠道，但是无论怎么努力，仍将主要依赖中东石油的进口。政府为减少石油进口已，做了不少努力，除开发应用甲醇燃料外罩有以下几方面：\x0d\x0a1、引进煤成油技术装置。这是上世纪德国发展起来的技术，但至今并无重大的技术突破，每吨煤成油耗量高达4.15吨，还有电力消耗，且建设耗资巨大，一套年产200万吨的煤成油装置需投资200亿元，靠国家投入大量资金建设几乎是不可能的事。\x0d\x0a　 2、陈化粮生产乙醇代替汽油。2002年5月河南省在郑州、洛阳、南阳三市，率先由政府强制推广使用，从推广情况看很不理想，实际上3。5吨粮食生产1吨乙醇还需3。5吨煤作热源浓缩乙醇，1.5吨乙醇才替代1吨汽油，且乙醇售价高达4600元/吨，相当于汽油7000元/吨，这不仅造成资源的极大浪费，也会对环境产生二次污染。粮食转化乙醇代替石油既不符合国情，又不符合合理资源配置。\x0d\x0a3、压缩天然气代替汽油。需要对每辆汽车进行1万元左右的投资进行改造，天然气比煤制甲醇成本高，建设一个压缩天然气供应站，国产设备需投资400万元，进口设备需3000万元，而新建一个甲醇燃料加油站只需25万元，若在原有加油站建造只需1万元，且天然气分布有限，也不宜在全国推广。\x0d\x0a4、国家对二甲醚、电动汽车、锂电池汽车也在进行研究，但达到技术产业化还有较长时间。 。。我国能源结构的特点是煤多油少，据推算我国煤资源可开采近100年，而且煤资源直接利用效率低，污染严重，如果发展以煤为原料生产甲醇燃料，既可以保持我国近百年能源安全，又可以优化能源结构，减少还可通过木材、垃圾转化，可再生循环使用，是人类可持续发展的必然选择。

（1）①图表分析判断，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0；

故答案为：＜；

②某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L密闭容器中充分反应，4分钟后反应达到平衡，测得CO的物质的量为0.4mol，依据化学平衡三段式列式计算；

               CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）

起始量（mol）  2         6            0

变化量（mol）1.6         3.2        1.6

平衡量（mol） 0.4       2.8         1.6

CO的反应速率=

1.6mol 2L

4min

=0.2mol/（L?min）

平衡状态气体压强和起始压强之比等于气体物质的量之比P（平衡）：P（起始）=（0.4+2.8+1.6）：（2+6）=4.8：8=0.6；

故答案为：0.2mol/（L?min），0.6；

（2）CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），反应的平衡常数K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；

为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H2的转化率；

a．增大CO2的浓度，增大氢气的转化率，平衡正向进行，反应速率加快，故a符合；

b．增大H2的浓度，平衡正向进行，反应速率增大，氢气的转化率减小，故b不符合；

c．增大压强，反应速率增大，平衡正向进行，氢气转化率增大，故c符合；

d．加入催化剂改变化学反应速率不改变化学平衡，氢气转化率不变，故d不符合；

故答案为：K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

，a、c；

（3）反应Ⅰ：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1

反应Ⅱ：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H2

依据盖斯定律反应Ⅰ-反应Ⅱ得到CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=△H1-△H2；

图表中数据保持氢气初始浓度不变，一氧化碳浓度增大一倍，达到平衡所需时间缩短4分钟，所以分析判断n=4min；

故答案为：CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=△H1-△H2 、4；

（4）甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池，燃料电池中燃料在原电池负极发生氧化反应，甲醇失电子在碱溶液中生成碳酸钾，该电池中甲醇发生反应的一极为负极，电极反应为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

故答案为：负，CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

（5）用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，每消耗0.2mol CH3OH，转移电子1.2mol，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，产生标况下气体的体积=0.6mol×22.4L/mol=13.44L；

故答案为：13.44．

（1）工业上用反应④低压合成甲醇，在230℃～270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图．合成甲醇是放热反应，温度越低转化率越大，结合图象可知，230℃的实验结果所对应的曲线是 X，从提高CO转化率的角度等综合分析，该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n（H2）：n（CO） 的比值范围应是CO的转化率最大时，则合成气组成n（H2）：n（CO） 的比值范围是2.5～3，如再增大比例，因此时转化率已经很高，而导致浪费氢气，

故答案为：X；B；

（2）①H2O（g）+CO（g）?H2（g）+CO2（g）

      起始：3        2       0       0

      转化：1        1       1       1

 一段时间后：2        1       1       1

Qc=

1×1

2×1

=0.5＜1，则平衡向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率，

故答案为：＞；

②因正反应放热，则降低温度平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，故答案为：增大；

（3）①甲容器反应物投入1molCO.2molH2与乙容器反应物投入1mol CH3OH在保持恒温、恒容情况下是等效平衡，则达到平衡时甲、乙容器压强相等，丙容器反应物投入量2molCO、4molH2，浓度加倍，相当于增大压强，故答案为：P甲=P乙＜P丙；

②由于正反应转化率和逆反应转化率之和为100%，则Q1+Q2能量总变化相当于1molCO、2molH2完全转化成1mol CH3OH的能量，即吸放热Q1+Q2数值上就等于90.8kJ；丙容器反应物投入量2molCO、4molH2，由于该反应是气体体积减小的反应，温度、容积相同的情况下，反应物浓度增大一倍，相当于增大压强，反应向气体体积减少方向移动，即正向移动，因此，c3＞2c1，Q3＞2Q1；

故答案为：90.8；

（4）甲池中通入CH3OH电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极方程式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，乙池为电解池，A连接电源的负极，发生还原反应，电极方程式为Ag++e-=Ag，

故答案为：Ag++e-=Ag；CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．

（1）可逆反应：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）的平衡常数k=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，故答案为：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；

（2）①由图1可知，T2先达到平衡，温度T1＜T2，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为放热反应，则△H＜0，故答案为：＜；

②增加甲醇产率，即化学平衡正向移动，则：

A．该反应为放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，甲醇产率降低，故A不符合；

B．将CH3OH（g）从体系中分离，平衡正向移动，可提高甲醇的产率，故B符合；

C．使用合适的催化剂，对化学平衡移动无影响，不能提高甲醇产率，故C不符合；

D．充入He，使体系总压强增大，反应体系中物质的浓度不变，平衡不移动，不能提高产率，故D不符合；

故答案为：B；

（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ?mol-1，

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-b kJ?mol-1，

③H2O（g）=H2O（l）△H=-c kJ?mol-1，

根据盖斯定律可知，则

①?②+③×4

2

可得CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），则△H=

(?a)?(?b)+(?c)×4

2

kJ/mol=

b?a?4c

2

kJ/mol，

故答案为：

b?a?4c

2

．

（1） ①  I ②  < ③ 0．6 （2）442．8 KJ  （3）CH 3 OH+8OH - -6e -  = CO 3 2- +6H 2 O0．3N A    负极

试题分析：（1）原子经济就是反应物的原子全部转化为生成物。选择反应I的化合反应。由图可知：T 2 >T 1 。升高温度甲醇的物质的量减少，说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理：升高温度化学平衡向吸热反应方向移动。即逆反应方向是吸热反应，所以正反应是放热反应。故△H 2 <0．③反应开始时C（CO 2 ）="1mol/L," C(H 2 )=3mol/L由于达到平衡后，测得c(CO 2 )= 0．2 mol/L，CO 2 改变浓度是0．8mol/L,所以H 2 改变浓度为2．4mol/L． H 2 平衡浓度为0．6mol/L．产生的甲醇、水蒸汽的浓度都是0．8mol/L．平衡时总浓度是2．4mol/L,而开始时总浓度是4mol/L。所以这时的压强是开始的2．4mol/L÷4mol/L=0．6倍。（2）①-②+③×4得：2CH 3 OH(l) + 2O 2 (g) =" 2CO" (g) + 4H 2 O(l) ΔH =-1275．6 kJ/molΔH =-885．6 kJ/mol。所以产生1mol一氧化碳和液态水放出的热量为442．8 KJ．（3）甲醇燃料电池的负极是通入甲醇的电极，电极反应为CH 3 OH+8OH - -6e -  = CO 3 2- +6H 2 O。每摩尔的甲醇反应转移电子9摩尔。消耗甲醇1．6克时，n(CH 3 OH)=1．6g÷32g/mol=0．05mol,所以转移电子0．3 N A 。 ③若以此燃料电池为铅蓄电池充电，则应将图中右侧电极连接蓄电池的负极。