利用太阳能分解水产生H2,在催化剂作用下H2与CO2反应合成CH3OH,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) Δ
题型:不详难度:来源:
利用太阳能分解水产生H2,在催化剂作用下H2与CO2反应合成CH3OH,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1、CH3OH(l)+ 3/2O2(g)= CO2 (g)+ 2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·mol-1、CO(g) +1/2O2(g)= CO2 (g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1。 请回答下列问题: ⑴用太阳能分解18g水,需要消耗的能量为 kJ。 ⑵ 液态CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学方程式为 。 ⑶CO2合成燃料CH3OH是碳减排的新方向。在容积为2 L的密闭容器中,充2 mol CO2和6 mol H2,由CO2和H2合成甲醇,反应式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300 ℃):
①下列说法正确的是 A.温度为T2时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为: v(CH3OH)=nB/tB mol·(L·min)-1 B.T2>T1,T2平衡时,甲醇产量变少,所以该反应为放热反应 C.该反应在T2时的平衡常数比T1时的平衡常数大 D.处于A点的反应体系从T1变到T2,平衡逆向移动 ②能判断该反应已达化学反应限度标志的是 (填字母。 A.H2的百分含量保持不变 B.容器中CO2 浓度与H2浓度之比为1: 3 C.容器中混合气体的密度保持不变 D.CO2消耗速率与CH3OH生成速率相等 ⑷科学家致力于CO2的“组合转化”技术研究,如将CO2和H2以体积比1∶4比例混合通入反应器,适当条件下,反应可获得一种能源。完成以下化学方程式,就能知道该种能源。 CO2+4H22H2O + 。 ⑸ 在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,总反应式为:2CH3OH + 3O2=2CO2+4H2O,则正极的反应式为 ;负极的反应式为 。 |
答案
(1) 285.8 (3分) ⑵ CH3OH(l) + O2(g)=CO(g) + 2H2O(l) ΔH=-443.5 kJ·mol-1(3分) ⑶ ①BD(2分) ②A (2分) (4) CH4(2分) ⑸ 4H++O2+4e- = 2H2O(2分)、 CH3OH+H2O-6e- = CO2+6H+(2分) |
解析
试题分析:(1)由H2(g)的燃烧热△H为-285.8kJ•mol-1知,1molH2(g)完全燃烧生成1molH2O(l)放出热量285.8kJ,即分解1mol H2O(l)为1mol H2(g)消耗的能量为285.8kJ,则分解18g水即1mol H2O(l)消耗的能量为285.8kJ。 (2)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则 ①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1,②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1,由盖斯定律可知用②-①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l), 该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1。 (3)①A、中按照其计算速率的方法可知反应速率==mol/L•min,故A错误;B、正反应为放热反应,根据题给图象分析可知,T2先达到平衡则T2>T1,又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少,则说明可逆反应CO2+3H2CH3OH+H2O向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,该反应的△H<0,故B正确;C、正反应为放热反应,根据题给图象分析可知,T2先达到平衡,则T2>T1,该反应在T1时的平衡常数比T2时的大,C不正确;D、处于A点的反应体系从T1变到T2,温度升高,正方应放热,则平衡向逆反应方向移动,D正确,答案选BD。 ②在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,则A、H2的百分含量保持不变可以说明反应达到平衡状态,A正确;B、平衡时浓度不再发生变化,但各物质的浓度之间不一定相等或满足某种关系,因此容器中CO2 浓度与H2浓度之比为1: 3不能说明反应达到平衡状态,B不正确;C、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此容器中混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态,C不正确;D、CO2消耗速率与CH3OH生成速率方向一致,根据速率之比等于相应的化学计量数之比可知,二者的速率始终是相等的,不能说明达到平高姿态,D不正确,答案选A。 (4)根据原子守恒可知,反应中另外一种生成物是甲烷,即CO2+4H2 CH4+2H2O。 (5)直接以甲醇为燃料的电池中,电解质溶液为酸性,正极氧气得到电子,则正极电极反应式为4H++O2+4e- = 2H2O。甲醇燃料电池,燃料在负极失电子发生氧化反应,负极的反应式为CH3OH+H2O-6e- = CO2+6H+。 |
举一反三
设NA是阿伏加德罗常数的数值,下列说法正确的是A.1molAl3+离子含有的核外电子数为3NA | B.1molCl2与足量的铁反应,转移的电子数为3NA[来 | C.10LpH=1的硫酸溶液中含有的H+离子数为2NA | D.10LpH=13的NaOH溶液中含有的OH-离子数为NA |
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直接排放含SO2的烟气会形成酸雨,危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2, (1)用化学方程式表示SO2形成硫酸型酸雨的反应: 。 (2)在钠碱循环法中,Na2SO3溶液作为吸收液,可由NaOH溶液吸收SO2制得,该反应的离子方程式是 (3)吸收液吸收SO2的过程中,pH随n(SO3²﹣):n(HSO3﹣)变化关系如下表:
n(SO3²﹣):n(HSO3﹣)
| 91:9
| 1:1
| 1:91
| pH
| 8.2
| 7.2
| 6.2
| ①上表判断NaHSO3溶液显 性,用化学平衡原理解释: ②当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母): a.c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-), b.c(Na+)> c(HSO3-)> c(SO32-)>c(H+)=c(OH-) c.c(Na+)+c(H+)= c(SO32-)+ c(HSO3-)+c(OH-) (4)当吸收液的pH降至约为6时,需送至电解槽再生。再生示意图如下:
①HSO3-在阳极放电的电极反应式是 。 ②当阴极室中溶液pH升至8以上时,吸收液再生并循环利用。简述再生原理: |
硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用。 (1)已知25℃时: SO2(g)+2CO(g)=2CO2(g)+1/xSx(s) △H=akJ/mol 2COS(g)+SO2(g)=2CO2(g)+3/xSx(s) △H=bkJ/mol。 则COS(g)生成CO(g)与Sx(s)反应的热化学方程式是 。 (2)雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)是提取砷的主要矿物原料。已知As2S3和HNO3有如下反应: As2S3+10H++ 10NO3−=2H3AsO4+3S+10NO2↑+ 2H2O,当生成H3AsO4的物质的量 为0.6 mol反应中转移电子的数目为 , (3)向等物质的量浓度Na2S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸至过量。其中H2S、HS−、S2−的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与滴加盐酸体积的关系如下图所示(忽略滴加过程H2S气体的逸出)。 ①B表示 。 ②滴加过程中,溶液中微粒浓度大小关系正确的是 (填字母)。 a.c(Na+)= c(H2S)+c(HS−)+2c(S2−) b.2c(Na+)=c(H2S)+c(HS−)+c(S2−) c.c(Na+)=3[c(H2S)+c(HS−)+c(S2−)] ③NaHS溶液呈碱性,当滴加盐酸至M点时,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 (4)工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如下图所示:
① 写出反应器中发生反应的化学方程式是 。 ② 电渗析装置如右图所示,写出阳极的电极反应式 。该装置中发生的总反应的化学 |
下列说法或表述正确的是 A由水电离产生的c(H+)=1×10-2mol•L-1溶液中,可能存在:CO32-、NH4+、Cl-、Na+ B某醋酸稀溶液的pH=a,将此溶液稀释1倍后,溶液的pH=b,则a>b C Ba(OH)2溶液中加人过量的Al2(SO4)3溶液,其离子方程式为:3Ba2++6OH- +2Al3+ +3SO42-=3BaSO4↓+2Al(OH)3↓ D物质的量浓度均为1 mol•L-1的NaCl和MgCl2混合液中,含有Cl-的数目为3NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) |
下列说法中正确的是 A.25℃时,pH=7的CH3COOH与CH3COONa的混合液中离子浓度的大小顺序为: c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)=c(OH-) B.25℃时,0.1mol/L NaHA溶液pH=3,该溶液中某些微粒的浓度大小顺序为: c(HA-)>c(H+)>c(H2A)>c(A2-) C.25℃时,若10mL pH=a的盐酸与100mL pH=b 的Ba(OH)2溶液混合后恰好中和,则a+b=13 D.25℃时,Ka(HF)=3.6×10-4,Ka(CH3COOH)=1.75×10-5,0.1mol/L 的NaF溶液与0.1mol/L 的CH3COOK溶液相比:c(Na+)-c(F-)>c(K+)-c(CH3COO-) |
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