(14分) 能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:反应I: CO(g)
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(14分) 能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。 (1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇: 反应I: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) 反应II: CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) 上述反应符合“原子经济”原则的是 (填“I”或“Ⅱ”)。 (2)已知在常温常压下: ① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH =-1275.6 kJ/mol ② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH =-566.0 kJ/mol ③ H2O(g) = H2O(l) ΔH =-44.0 kJ/mol 则CH3OH(l)+ O2(g) = CO(g) + 2H2O(l) ΔH= (3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如下左图所示的电池装置。 ① 该电池负极的电极反应为 。 ② 工作一段时间后,测得溶液的pH (填增大、不变、减小)。 ③用该电池作电源,组成如下右图所示装置(a、b、c、d均为石墨电极),甲容器装250mL0.04mol/LCuSO4溶液,乙容器装300mL饱和NaCl溶液,写出c电极的电极反应 ,常温下,当300mL乙溶液的pH为13时,断开电源,则在甲醇电池中消耗O2的体积为 mL(标准状况) ,电解后向甲中加入适量下列某一种物质,可以使溶液恢复到原来状态,该物质是 (填写编号) 。A.CuO | B.CuCO3 | C.Cu(OH)2 | D.Cu2(OH)2CO3 |
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答案
(1) I (2分)(2) ΔH=﹣442.8 kJ∕mol(2分) (3)①CH3OH + 8OH- = CO32- + 6H2O + 6e-(2分) ②减小(2分)③ 2Cl- - 2e-=Cl2↑ (2分)168(2分) D(2分) |
解析
试题分析:(1)反应I原子利用率100%,符合原子经济;(2)CH3OH(l)+ O2(g) = CO(g) + 2H2O(l) ΔH=ΔH1-ΔH2 +2ΔH3 = ﹣442.8 kJ∕mol;(3)碱性介质下,甲醇失去电子生成CO32-,CH3OH + 8OH- = CO32- + 6H2O + 6e-或CH3OH + 8OH-- 6e- = CO32- + 6H2O;②反应的总方程式为2CH3OH + 4OH- + 3O2 = 2CO32- + 6H2O,工作一段时间后,溶液的pH减少;③电解饱和食盐水方程式为 2NaCl+2H2O=" 2NaOH" + H2+ Cl2,反应中生成n(OH-)="0.3×0.1=0.03mol=" n(e-),v(O2)=0.03÷4×22.4×1000=168mL,甲容器中阳极产生氧气,阴极先产生铜0.01mol,后产生氢气0.005mol,故加入Cu2(OH)2CO3才能恢复原来状态。 |
举一反三
运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。 (1)用CO可以合成甲醇。已知: CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.5 kJ·mol-1 CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1 H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1 则CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=________kJ·mol-1 (2)下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是________(填写序号). a.使用高效催化剂 b.降低反应温度 c.增大体系压强 d.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来
(3)在一定压强下,容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。 ①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”); ②100 ℃时,该反应的化学平衡常数K=________(mol·L-1)-2; ③在其它条件不变的情况下,再增加a mol CO和2a molH2,达到新平衡时,CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。 ①利用原电池原理,用SO2、O2和H2O来制备硫酸,该电池用多孔材料作电极,它能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池的负极的电极反应式________________。 ②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液,然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下图所示。请写出开始时阳极反应的电极反应式________________。
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高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应为: Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g) ΔH =" a" kJ mol-1 (1)已知: ①Fe2O3(s)+3C(石墨) = 2Fe(s)+3CO(g) ΔH1 =" +" 489.0 kJ mol-1 ②C(石墨)+CO2(g) = 2CO(g) ΔH2 =" +" 172.5 kJ mol-1 则a = kJ mol-1。 (2)冶炼铁反应的平衡常数表达式K = ,温度升高后,K值 (填“增大”、“不变”或“减小”)。 (3)在T℃时,该反应的平衡常数K=64,在2L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。
| Fe2O3
| CO
| Fe
| CO2
| 甲/mol
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 乙/mol
| 1.0
| 2.0
| 1.0
| 1.0
| ① 甲容器中CO的平衡转化率为 。 ② 下列说法正确的是 (填字母)。 a.若容器内气体密度恒定时,标志反应达到平衡状态 b.甲容器中CO的平衡转化率大于乙的 c.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为2∶3 d.增加Fe2O3可以提高CO的转化率 (4)采取一定措施可防止钢铁腐蚀。下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。 ①在a~c装置中,能保护铁的是 (填字母)。 ②若用d装置保护铁,X极的电极材料应是 (填名称)。 |
100℃时,在1L恒温恒容的密闭容器中,通入0.1 mol N2O4,发生反应:N2O4(g) 2NO2(g);△H=" +57.0" kJ·mol-1,NO2和N2O4的浓度如图甲所示。NO2和N2O4的消耗速率与其浓度的关系如乙图所示,
(1)在0~60s内,以N2O4表示的平均反应速率为 mol·L-1·s-1。 (2)根据甲图中有关数据,计算100℃时该反应的平衡常数K1= =0.36mol.L-1.S-1 若其他条件不变,升高温度至120℃,达到新平衡的常数是k2,则k1 k2(填“>”、“<”或“=”)。(3)反应进行到100s时,若有一项条件发生变化,变化的条件可能是 。 A.降低温度 B.通入氦气使其压强增大 C.又往容器中充入N2O4 D.增加容器体积 (4)乙图中, 交点A表示该反应的所处的状态为 。 A.平衡状态 B.朝正反应方向移动 C.朝逆反应方向移动 D.无法判断 (5)已知N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=" +67.2" kJ·mol-1 N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=" -534.7" kJ·mol-1 N2O4(g) 2NO2(g) △H=" +57.0" kJ·mol-1 则2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H= kJ·mol-1 |
CO2和CO是工业排放的对环境产生影响的废气。 (1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下: ①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH=-159.47 kJ·mol-1 ②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=a kJ·mol-1 ③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=-86.98 kJ·mol-1 则a为 。 (2)科学家们提出用工业废气中的CO2制取甲醇:CO2+3H2CH3OH+H2O。制得的CH3OH可用作燃料电池的燃料。
①在KOH介质中,负极的电极反应式为_________________________________。 ②作介质的KOH可以用电解K2SO4溶液的方法制得。则KOH在_______出口得到,阳极的电极反应式是:_____________________________________。 (3)利用CO与H2反应可合成CH3OCH3。 已知:3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2(g),ΔH=-247kJ/mol 在一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是 .A.低温高压; | B.加入催化剂; | C.体积不变充入氦气; | D.增加CO的浓度;E.分离出二甲醚 | (4)CH3OCH3也可由CH3OH合成。已知反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g),在某温度下,在1L密闭容器中加入CH3OH ,反应到10分钟时达到平衡,此时测得各组分的浓度如下:
物质
| CH3OH
| CH3OCH3
| H2O
| 浓度/(mol·L-1)
| 0.01
| 0.2
| 0.2
| ①0-10 min内反应速率v(CH3OH) = 。 ②该温度下的平衡常数为 。 ③若平衡后,再向容器中再加入0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3,此时正、逆反应速率的大小: v正 v逆 (填“>”、“<”或“=”)。 |
汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致: N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH,已知该反应在 T ℃时,平衡常数K=9.0。 请回答: (1)已知:N2(g)+2O2(g) 2NO2(g) ΔH1 2NO2(g) O2+2NO(g) ΔH2 ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的表达式表示); (2)某温度下,向2 L的密闭容器中充入N2和O2各1 mol,5分钟后O2的物质的量为0.5 mol,则NO的反应速率 ; (3)假定该反应是在恒容条件下进行,下列能判断该反应已达到平衡的是________;A.消耗1 mol N2同时生成1 mol O2 | B.混合气体密度不变 | C.混合气体平均相对分子质量不变 | D.2v正(N2)=v逆(NO) | (4)下图是反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)的“K-T”、“c(NO)-t”图,由图A可以推知该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。由图B可知,与a对应的条件相比,b改变的条件可以是 ;
(5)T ℃时,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为0.20 mol·L-1、0.20mol·L-1和0.50mol·L-1,此时反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)________________(填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),平衡时,N2在混合气体的体积百分数为多少?(在答题卡上写出具体计算过程,结果保留2位有效数字) |
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