近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展。(1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程

近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展。(1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程

题型:不详难度:来源:
近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展。
(1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程式为_________。
(2)合成甲醇的一种方法是以CO和H2为原料,其能量变化如图所示:

由图可知,合成甲醇的热化学方程式为________________________________________。
(3)以CO2为原料也可以合成甲醇,其反应原理为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
①在lL的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在500℃下发生反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时问变化如图所示:

则下列说法正确的是_________________(填字母);
A.3min时反应达到平衡
B.0~10min时用H2表示的反应速率为0.225mol·-1·min-1
C.CO2的平衡转化率为25%
D.该温度时化学平衡常数为(mol/L)-2
②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
容器1
容器2
容器3
反应物投入量(始态)
1molCO2、3molH2
0.5molCO2、1.5molH2
1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol•L-1
c1
c2
c3
平衡时体系压强/Pa
p1
p2
p3
 
则下列各量的大小关系为c1___________c3,p2_________p3(填“大于”、“等于”或“小于”)。
(4)近年来,甲醇燃料电池技术获得了新的突破,如图所示为甲醇燃料电池的装置示意图。电池工作时,分别从b、c充入CH3OH、O2,回答下列问题:

①从d处排出的物质是___________,溶液中的质子移向电极__________(填“M”或“N”);
②电极M上发生的电极反应式为__________________________。
答案
(16分、每空2分)(1)CH4+H2OCO+3H2
(2)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=(a-b)kJ/mol (3)①BD ②等于;小于
(4)①H2O  N ②CH3OH+H2O-6e=CO2↑+6H+
解析

试题分析:(1)反应物是甲烷和水,生成物是一氧化碳和氢气,根据原子生活借助于观察法配平,反应条件是高温和催化剂,所以该反应的化学方程式是CH4+H2OCO+3H2
(2)根据根据图像可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此反应是放热反应,其反应热△H=(a-b)kJ/mol,所以其热化学反应方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=(a-b)kJ/mol。
(3)①A、根据图像可知,3min后各物质的浓度还发生变化,所以3min时该反应未达到平衡,故A错误; B、根据图像可知,在0~10min内甲醇的浓度增加了0.75mol/L,所以根据反应的化学方程式可知,消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3=2.25mol/L,因此0~10min时用H2表示的反应速率=2.25mol/L÷10min=0.225mol/(L·min),故B正确;C、根据图像可知CO2的平衡转化率=×100%=75%,故C错误; D、根据图像和以上分析可知,平衡时c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L,c(H2)=3c(CO2)=0.75mol/L,所以该温度下反应的化学平衡常数K=(mol/L)-2,D正确,答案选BD。
②根据方程式并采用一边倒的方法可知,1molCH3OH、1molH2O完全转化为反应物就是1molCO2、3molH2,因此容器1和容器3是等效平衡,所以平衡时甲醇的浓度c1等于c3;容器2相当于在容器1的基础上减小压强,平衡向逆反应方向移动,则平衡时p2 小于p3
(4)①原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应。因此该燃料电池中,负极通入甲醇,正极通入氧气。c电极上充入氧气,即电极N是正极,氧气得电子和氢离子反应生成水,所以d出来的是水,原电池放电时,氢离子向正极N极移动。
②电极M是负极,通入的是甲醇,失去电子发生氧化反应,因此发生的电极反应式为CH3OH+H2O-6e=CO2↑+6H+
举一反三
SO2、NO、NO2、CO都是污染大气的有害气体,对其进行回收利用是节能减排的重要课题。
(1)上述四种气体中直接排入空气时会引起酸雨的有__________(填化学式)。
(2)已知:2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol
O2(g)+2NO(g)=2NO2(g);△H=-113.0kJ/mol
①反应:NO2(g) +SO2(g)= SO3(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定条件下,将NO2和SO2以体积比1:1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应: NO2(g) +SO2(g)SO3(g) +NO(g),
下列不能说明反应达到平衡状态的是_____(填字母)。
a.体系压强保持不变
b.混合气体的颜色保持不变
c.NO的物质的量保持不变
d.每生成1molSO3的同时消耗1molNO2
(3)CO可用于合成甲醇,其反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H2,在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。

①上述合成甲醇的反应为______(填“放热”或“吸热”)反应。
②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为___________。
③若达到平衡状态A时,容器的体积为10L,则在平衡状态B时容器的体积为_____L。
(4)某研究小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时,OH-向______(填“a”或“b”)极移动。
②电池工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的离子方程式为__________________。
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硫及其化合物在自然界中广泛存在,运用相关
原理回答下列问题:
(1)如图表示一定温度下,向体积为10L的密闭容器中充入1molO2和一定量的SO2后,SO2和SO3(g)的浓度随时间变化的情况。
①该温度下,从反应开始至平衡时氧气的平均反应速率是      
②该温度下,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为              
(2)以黄铜矿(主要成分CuFeS2)为原料,经焙烧、熔炼等使铁元素及其他有关杂质进入炉渣,将铜元素还原为铜。发生的主要反应为:
2Cu2S(s)+3O2(g) = 2Cu2O(s)+2SO2(g) △H ="-768.2" kJ·mol-1
2Cu2O(s)+ Cu2S (s) = 6Cu(s)+SO2(g) △H ="+116.0" kJ·mol-1
①“焙烧”时,通入少量空气使黄铜矿部分脱硫生成焙砂(主要成分是Cu2S和FeS,其物质的量比为1:2)和SO2,该反应的化学方程式为:              
②在熔炼中,Cu2S与等物质的量的O2反应生成Cu的热化学方程式为:      

(3)用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义,将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。
如图,是电解产生多硫化物的实验装置:
①已知阳极的反应为:(x+1)S2=SxS2+2xe,则阴极的电极反应式是:                  
当反应转移xmol电子时,产生的气体体积为        (标准状况下)。
②将Na2S·9H2O溶于水中配制硫化物溶液时,通常是在氮气气氛下溶解。其原因是(用离子反应方程式表示):             
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下列关于各图的叙述中,正确的是

A.图甲表示1mol H2 (g)完全燃烧生成水蒸气吸收241.8 kJ热量
B.图甲表示2 mol H2(g)所具有的能量比2 molH2O(g)所具有的能量多483.6 kJ
C.图乙表示常温下稀释HA、HB两种酸的稀溶液时,溶液pH随加水量的变化,则同温、同浓度的NaA溶液的pH小于NaB溶液的pH
D.图乙中起始时HA的物质的量浓度大于HB
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碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)  ΔH1= +489.0 kJ/mol
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)   ΔH2=+172.5 kJ/mol
则CO还原Fe2O3的热化学方程式为                                        
②氯化钯(PdCl2)溶液常被应用于检测空气中微量CO。PdCl2被还原成单质,反应的化学方程式为                                                
(2)将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入C3H8和O2构成丙烷燃料电池。
①负极电极反应式是:                                            
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如下图所示),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。下列说法中正确的是          (填序号)

A.电源中的a一定为正极,b一定为负极
B.可以用NaCl溶液作为电解液
C.A、B两端都必须用铁作电极
D.阴极发生的反应是:2H++2e=H2
(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
CO2
1
650
2
4
1.6
5
2
900
1
2
0.4
3
3
900
1
2
0.4
1
 
①该反应的正反应为          (填“吸”或“放”)热反应;
②实验2中,平衡常数K=          
③实验3跟实验2相比,改变的条件可能是                (答一种情况即可);
(4)将2.4g碳在足量氧气中燃烧,所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中,完全吸收后,溶液中所含离子的物质的量浓度由大到小的顺序                   
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研究碳及其化合物的综合利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。
①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是 _____;
②由MgO可制成“镁——次氯酸盐”电池,其装置示意图如图1,该电池正极的电极反应式为_________;

(2)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) △H=QkJ/mol
①该反应的平衡常数表达式为K=_______。
②取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中发生上述反应,反应相同时间后测得甲醇的体积分数( CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述反应的Q_____0(填“>”“<”或“=”);
③在其中两个容器中,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图3所示,曲线I、II对应的平衡常数大小关系为K1_________K11(填“>”“<”或“=”)。
(3)用H2或CO催化还原NO可以达到消除污染的目的。
已知:2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=-180.5kJ/mol
2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol
则H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是________。
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