(14分)甲醇、二甲醚等被称为绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚(CH3OCH3)。
题型:不详难度:来源:
(14分)甲醇、二甲醚等被称为绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚(CH3OCH3)。 (1)已知1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ,请写出二甲醚燃烧热的热化学方程式____________________________________________________________________。 (2)写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式 __________________________________。 (3)用合成气制备二甲醚的反应原理为:2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定条件下,该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO)]的变化曲线如下左图:
①a、b、c按从大到小的顺序排序为_________________,该反应的△H_______0(填“>”、“<”)。 ②某温度下,将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如上图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是 ; A. P3>P2,T3>T2 B. P1>P3,T1>T3 C. P2>P4,T4>T2 D. P1>P4,T2>T3 ③在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 ; A. 正反应速率先增大后减小 B. 逆反应速率先增大后减小 C. 化学平衡常数K值减小 D. 氢气的转化率减小 ④ 某温度下,将4.0molCO和8.0molH2充入容积为2L的密闭容器中,反应达到平衡时,测得二甲醚的体积分数为25%,则该温度下反应的平衡常数K=__________。 |
答案
(1)CH3OCH3(g) + 3O2(g)=2CO2(g) + 3H2O(l) △H=-1472kJ/mol (2)CH3OCH3 -12e- + 16OH-=2CO32- + 11H2O (3)①a>b>c;< ②B、D ③B、C ④ 2.25 |
解析
试题分析:(1)1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ,则1mol二甲醚即46g二甲醚完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为46×32kJ=1472kJ,因此二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g) + 3O2(g)=2CO2(g) + 3H2O(l) △H=-1472kJ/mol。 (2)原电池中负极失去电子,因此二甲醚在负极通入,发生氧化反应。若电解质显碱性,则二甲醚的氧化产物最终变为碳酸盐,因此二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式为CH3OCH3 -12e- + 16OH-=2CO32- + 11H2O。 (3)①氢气和CO均是反应物,因此投料比[n(H2) / n(CO)]越大,CO的转化率越大,所以根据图像可知a>b>c;同样根据图像可知升高温度CO的转化率降低,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应,即△H<0。 ②根据图像可以看出,对于反应:2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H<0,压强越大,二甲醚的物质的量分数则越大,温度越高,二甲醚的物质的量分数越小,所以P1>P3、T1>T3,P1>P4、T2>T3,故答案为:BD; ③化学平衡的标志是正逆反应速率相等,当逆反应速率大于正反应速率时,说明反应是逆向进行的。A、正反应速率先增大后减小,说明平衡向正反应方向移动,A不正确;B、逆反应速率先增大后减小,说明平衡向逆反应方向移动,B正确;C、化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,因此化学平衡常数K值减小,说明平衡向逆反应方向移动,C正确;D、氢气的转化率减小,无法判断平衡移动方向,D不正确,故答案为:BC; ④根据反应的化学方程式可知, 2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) 起始浓度(mol/L) 2 4 0 0 转化浓度(mol/L) 2x 4x x x 平衡浓度(mol/L)2-2x 4-4x x x 反应达到平衡时,测得二甲醚的体积分数为25% 则=0.25 解得x=0.75 所以该温度下平衡常数K==2.25 |
举一反三
在一定条件下,将E(g)和F(g)充入体积不变的2 L密闭容器中,发生下述反应,并于5 min末达到平衡:2E(g)+F(g)2G(g)。有关数据如下:
| E(g)
| F(g)
| G(g)
| 初始浓度(mol•L-1)
| 2.0
| 1.0
| 0
| 平衡浓度(mol•L-1)
| c1
| c2
| 0.4
| 下列判断正确的是 A.反应在前5min内,v(E)=0.04 mol/(L·min) B.其他条件不变,若增大E的浓度,则达平衡时E的转化率会增大 C.其他条件不变,降低温度,平衡时n(E)=3.0mol,则反应的△H>0 D.平衡后移走2.0 mol E和1.0 mol F,在相同条件下再达平衡时,c(G)<0.2 mol•L-1 |
(15分)太阳能电池是利用光电效应实现能量变化的一种新型装置,目前多采用单晶硅和多晶硅作为基础材料。高纯度的晶体硅可通过以下反应获得: 反应①(合成炉): 反应②(还原炉): 有关物质的沸点如下表所示:
物质
| BCl3
| PCl3
| SiCl4
| AsCl3
| AlCl3
| SiHCl3
| 沸点
| 12.1
| 73.5
| 57.0
| 129.4
| 180(升华)
| 31.2
| 请回答以下问题: (1)太阳能电池的能量转化方式为 ;由合成炉中得到的SiHCl3往往混有硼、磷、砷、铝等氯化物杂质,分离出SiHCl3的方法是 。 (2)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作KP),则反应①的KP= ; (3)对于反应②,在0.1Mpa下,不同温度和氢气配比(H2/SiHCl3)对SiHCl3剩余量的影响如下表所示:
①该反应的△H2 0(填“>”、“<”、“=”) ②按氢气配比5:1投入还原炉中,反应至4min时测得HCl的浓度为0.12mol·L—1,则SiHCl3在这段时间内的反应速率为 。 ③对上表的数据进行分析,在温度、配比对剩余量的影响中,还原炉中的反应温度选择在1100℃,而不选择775℃,其中的一个原因是在相同配比下,温度对SiHCl3 剩余量的影响,请分析另一原因是 。 (4)对于反应②,在1100℃下,不同压强和氢气配比(H2/SiHCl3)对SiHCl3剩余量的影响如图27—1所示:
① 图中P1 P2(填“>”、“<”、“=”) ②在图27—2中画出氢气配比相同情况下,1200℃和1100℃的温度下,系统中SiHCl3剩余量随压强变化的两条变化趋势示意图。 |
(16分)化学反应的能量变化、速率、限度是化学研究的重要内容。 (1)有关研究需要得到C3H8(g) = 3C(石墨,s) + 4H2(g)的ΔH,但测定实验难进行。设计下图可计算得到: ①ΔH 0(填>、<或=) ②ΔH = (用图中其它反应的反应热表示)
(2)甲酸、甲醇、甲酸甲酯是重要化工原料。它们的一些性质如下:
物质
| HCOOH
| CH3OH
| HCOOCH3
| 主要 性质
| 无色液体,与水互溶 K(HCOOH)>K(CH3COOH)
| 无色液体,与水互溶
| 无色液体,在水中溶解度小,与醇互溶
| 工业制备甲酸原理:HCOOCH3(l) + H2O(l) HCOOH(l) + CH3OH(l),反应吸热,但焓变的值很小。常温常压下,水解反应速率和平衡常数都较小。 ①工业生产中,反应起始,在甲酸甲酯和水的混合物中加入少量甲酸和甲醇,从反应速率和限度的角度分析所加甲酸和甲醇对甲酸甲酯水解的影响。 甲醇: 。 甲酸: 。 某小组通过试验研究反应HCOOCH3转化率随时间变化的趋势,在温度T1下,采用酯水比为1:2进行实验,测得平衡是HCOOCH3的转化率为25%。 ②预测HCOOCH3转化率随时间的变化趋势并画图表示。
③该反应在温度T1下的平衡常数K= 。 (保留两位有效数字) (3)HCOOH成为质子膜燃料电池的燃料有很好的发展前景。 写出该燃料电池的电极反应式: 。 |
(本题16分) (1)为了减轻汽车尾气造成的大气污染,人们开始探索利用NO和CO在一定条件下转化为两种无毒气体E和F的方法(已知该反应△H<0). 在2 L密闭容器中加入一定量NO和CO,当温度分别在T1和T2时,测得各物质平衡时物质的量如下表:
物质 T/℃ n/mol
| NO
| CO
| E
| F
| 初始
| 0.100
| 0.100
| 0
| 0
| T1
| 0.020
| 0.020
| 0.080
| 0.040
| T2
| 0.010
| 0.010
| 0.090
| 0.045
| ①请结合上表数据,写出NO与CO反应的化学方程式 . ②根据表中数据判断,温度T1和T2的关系是(填序号)__________。 A.T1>T2 B.T1<T2 C.T1=T2 D.无法比较 (2)已知:4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H2O(g); ΔH= - 1266.8 kJ/mol N2(g) + O2(g) =" 2NO(g)" ; ΔH =" +" 180.5kJ/mol, 则氨催化氧化的热化学方程式为________________________________________。 (3)500℃下,在A、B两个容器中均发生合成氨的反应。隔板Ⅰ固定不动,活塞Ⅱ可自由移动。
当合成氨在容器B中达平衡时,测得其中含有1.0molN2,0.4molH2,0.4molNH3,此时容积为2.0L。则此条件下的平衡常数为___________;保持温度和压强不变,向此容器中通入0.36molN2,平衡将___________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。 (4)在相同的密闭容器中,用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的两种Cu2O分别进行催化分解水的实验: ΔH >0 水蒸气的浓度(mol·L-1)随时间t (min)变化如下表:
序号
| 温度
| 0
| 10
| 20
| 30
| 40
| 50
| ①
| T1
| 0.050
| 0.0492
| 0.0486
| 0.0482
| 0.0480
| 0.0480
| ②
| T1
| 0.050
| 0.0488
| 0.0484
| 0.0480
| 0.0480
| 0.0480
| ③
| T2
| 0.10
| 0.094
| 0.090
| 0.090
| 0.090
| 0.090
| 可以判断:实验①的前20 min的平均反应速率 ν(O2)= ;催化剂的催化效率:实验① 实验②(填“>”、“<”)。 (5)最新研究发现,用隔膜电解法可以处理高浓度乙醛废水。原理:使用惰性电极和乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液,乙醛分别在阴、阳极转化为乙醇和乙酸。 总反应为:2CH3CHO+H2OCH3CH2OH+CH3COOH。 过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生无色气体,阳极电极反应分别为: 4OH--4e-═O2↑+2H2O; 。 |
在一定温度下,将气体X和气体Y各0.16mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应: X(g)+Y(g)2Z(g) △H<0。一段时间后达到平衡,反应过程中测定的数据如下表:
t/min
| 2
| 4
| 7
| 9
| n(Y)/mol
| 0.12
| 0.11
| 0.10
| 0.10
| 下列说法正确的是 A.反应前2 min的平均速率ν(Z) = 2.0×10-3mol·L-1·min-1 B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前ν(逆)>ν(正) C.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.32 mol气体X和0.32 mol 气体Y,到达平衡时,n(Z)<0.24 mol D.其他条件不变,向平衡体系中再充入0.16mol气体X,与原平衡相比,达到新平衡时,气体Y的转化率增大,X的体积分数增大 |
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