甲醇为什么是可再生能源?
虽然化石燃料是不可再生资源,但甲醇是可以通过工业条件人工合成的。不可再生能源是指可以从自然界直接获取的能源。重点字是直接,所以不能因为化石能源为不可再生能源,就判断生成的甲醇就为不可再生的。
绝对不是,作为原料的话就消耗掉了。但是作为溶剂的话可以蒸馏重复使用,但是损失比较大,而且蒸馏得到的甲醇可能含有其他物质了。绝对不是可再生资源。可再生资源:具有自我更新、复原的特性,并可持续被利用的一类自然资源。
甲醇的生产,主要是合成法,尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为:
H2 + CO → CH3OH
合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料,经造气净化(脱硫)变换,除去二氧化碳,配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇,经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇。
乙醇沸点比甲醇略高。
从毒性上说:甲醇是极易挥发的高毒性物质,过量吸入会导致人类神经破坏。
乙醇无毒,但具有刺激性,易造成皮肤粘膜有过敏性反应。
从来源上说:甲醇也是石油制品,为不可再生能源。虽然也可以工业合成,但代价过大。
乙醇即可石油提炼,也可粮食生产,属可再生能源,但制造成本远高于甲醇。
从成本上说:甲醇远远小于乙醇。
可再生能源(英语:Renewable Energy)是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。
以上,生物法乙醇或甲醇可以作为可再生能源。
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=
| ||
4min |
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) |
(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.
甲醇具有许多优点,例如,它是一种清洁的、可再生的能源,在生产过程中产生的二氧化碳可以通过植树或其他方式进行捕获和储存。此外,甲醇可以直接用于汽车燃料,或者通过一系列化学反应转化为其他化工产品,如聚乙烯、苯乙烯和甲苯等。
然而,天然气制甲醇产业链也存在一些挑战。首先,天然气的供应可能存在不稳定性,这可能导致甲醇生产的波动。其次,天然气制甲醇的生产过程需要大量能源,这可能会导致能源成本的上升。最后,天然气制甲醇生产过程中可能会产生有害废物,这需要进行有效处理。
总的来说,天然气制甲醇是一种有前途的能源,但是需要解决上述挑战才能实现其全面应用。
(1)化合反应的原子利用率最高,为100%,故答案为:Ⅰ; (2)甲醇燃烧的反应原理是:正极反应一定是氧气得电子的过程,在碱性环境下,得到氢氧根离子,即O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ,故答案为:O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ; ②所有燃料电池的总反应是燃料的燃烧反应,溶液的pH减小,说明电解质氢氧化钾被消耗,即2CH 3 OH+3O 2 +4OH - =2CO 3 2- +6H 2 O,故答案为:2CH 3 OH+3O 2 +4OH - =2CO 3 2- +6H 2 O; (3)①0~5min这段时间所消耗的甲烷的浓度为0.5mol/L,根据热化学方程式CH 4 (g)+H 2 O(g)
CO(g)+3H 2 (g),△H═+206kJ/mol的含义,所以消耗的甲烷的浓度为0.5mol/L时,吸收的热量为:
②进行到5min钟时,甲烷的浓度为0.5mol/L,所以水蒸气以及一氧化碳的浓度为0.5mol/L,氢气的为1.5mol/L,据K=
③当反应进行到8min时,甲烷的浓度减小,所以是增加了水蒸气的量,设加入的水蒸气的量为x,则: CH 4 (g)+H 2 O(g)
CO(g)+3H 2 (g) 初始浓度:1 1 0 0 变化浓度:0.75 0.75 0.75 2.25 8min钟末浓度:0.25 1+x-0.75 0.75 2.25 则Qc=
解得x=4.8125,所以8min时c(H 2 O)=4.8125+0.25=5.0625≈5.1(mol/L). 故答案为:5.1. |
(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。 |