二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,在未来可能替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等,市场前景极为广阔。它清洁、高效,具有优良的环保性能。工业上制二

二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,在未来可能替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等,市场前景极为广阔。它清洁、高效,具有优良的环保性能。工业上制二

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二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,在未来可能替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等,市场前景极为广阔。它清洁、高效,具有优良的环保性能。
工业上制二甲醚是在一定温度(230~280 ℃)、压强(2.0~10.0 MPa)和催化剂作用下进行的,反应器中发生了下列反应。
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)    ΔH1=-90.7 kJ·mol1 ①
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)     ΔH2=-23.5 kJ·mol1 ②
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)   ΔH3=-41.2 kJ·mol1 ③
(1)反应器中的总反应可表示为3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),则该反应的ΔH=__________,平衡常数表达式为____________________,在恒温、可变容积的密闭容器中进行上述反应,增大压强,二甲醚的产率会________(填升高、降低或不变)。
(2)二氧化碳是一种重要的温室气体,减少二氧化碳的排放是解决温室效应的有效途径。目前,由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大进展,其化学反应方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH>0。
该反应在恒温、体积恒定的密闭容器中进行,下列不能作为该反应已达到化学平衡状态的判断依据的是________。
A.容器内混合气体的密度不变
B.容器内混合气体的压强保持不变
C.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗2 mol CO2的同时消耗1 mol二甲醚
(3)二甲醚气体的燃烧热为1 455 kJ·mol1,工业上用合成气(CO、H2)直接或间接合成二甲醚。下列有关叙述正确的是________。
A.二甲醚分子中含共价键
B.二甲醚作为汽车燃料不会产生污染物
C.二甲醚与乙醇互为同系物
D.表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 455 kJ·mol1
(4)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示:正极为________(填“A电极”或“B电极”),写出A电极的电极反应式:________________________________________。

答案
 (1)-246.1 kJ·mol1  升高 (2)A (3)A (4)B电极 CH3OCH3+3H2O-12e=2CO2+12H
解析
 (1)根据盖斯定律,ΔH=2ΔH1+ΔH2+ΔH3=-246.1 kJ·mol1,增大压强,平衡向正反应方向移动,二甲醚的产率升高。(2)该反应特点是,所有反应物和产物都是气态,正反应是气体分子数减小的反应,正反应吸热。恒容条件下,密度始终不变,A选项错误;正反应是气体分子数减小的反应,压强不改变时表明反应达到平衡状态,B选项正确;气体摩尔质量等于质量与物质的量之比,当物质的量不变时,气体平均摩尔质量也不变,反应达到平衡状态,C选项正确;由反应式的化学计量数知,单位时间内消耗2 mol CO2,必生成1 mol CH3OCH3,即二甲醚的消耗速率等于其生成速率,反应达到平衡状态,D选项正确。(3)CH3OCH3分子中只存在碳氢键、碳氧键,它们都是共价键,A选项正确;二甲醚含碳、氢、氧元素,燃烧时仍然会产生CO、CO2等大气污染物,B选项错误;CH3OCH3与CH3CH2OH分子式相同,结构不同,互为同分异构体,C选项错误;燃烧热强调生成的水为液态,正确的热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 455 kJ·mol1,D选项错误。(4)从电池装置图看,A电极通入二甲醚和水,B电极通入氧气,该燃料电池中,二甲醚是还原剂,发生氧化反应,A极为负极;氧气发生还原反应,B电极为正极。负极反应式为CH3OCH3-12e+3H2O=2CO2
12H
举一反三
下列有关说法正确的是
A.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),压缩气体体积使压强增大(其他条件不变),则SO2的转化率增大,平衡常数K也增大
B.电解法精炼铜时,精铜作阳极,粗铜作阴极
C.在硫酸钡悬浊液中加入足量饱和Na2CO3溶液处理,向所得沉淀中加入盐酸有气体产生,说明Ksp(BaSO4)>Ksp(BaCO3)
D.CH3COOH溶液加水稀释后,电离程度增大,溶液中的值不变

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MgSO4·7H2O医药上用作泻剂。工业上用氯碱工业的一次盐泥为原料生产。已知一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分。主要工艺如下:
 
(1)用硫酸调整溶液pH为1~2,硫酸的作用是________________________________________。
(2)加次氯酸钠溶液至pH为5~6并加热煮沸约5~10 min,滤渣中主要含MnO2和另两种沉淀:__________________、____________(写化学式)。其中次氯酸钠溶液将MnSO4转化为MnO2的离子方程式为________________________                     ___
(3)若除杂后过滤,发现滤液发黄,需采取的措施是____                      ____
(4)过滤后晶体常用丙酮代替蒸馏水洗涤的目的是________________________________________
(5)晶体中结晶水含量的测定:准确称取0.20 g MgSO4·7H2O样品,放入已干燥至恒重的瓷坩埚中,置于马沸炉中,在200 ℃脱水1 h。为准确确定脱水后的质量,还需要经过的操作有冷却(干燥器中)至室温→__________                       _________________
(6)硫酸根离子质量分数的测定:准确称取自制的样品0.50 g,用200 mL水溶解,加入2 mol·L-1 HCl溶液5 mL,将溶液加热至沸腾,在不断搅拌下逐滴加入5~6 mL 0.5 mol/L BaCl2溶液,充分沉淀后,得沉淀0.466 g,则样品中w(SO42-)=________________。
(7)已知:Na2CO3·10H2O (s)=Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH1=+532.36 kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2=+473.63 kJ·mol-1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式__                          __________。
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下列图示与对应的叙述一定正确的是(  )

A.图1所示,反应:X(g)+2Y(g) 3Z(g),b的压强一定比a大
B.图2表明合成氨反应是放热反应,b表示在反应体系中加入了催化剂
C.图3所示,t1℃时质量分数均为20%的甲、乙两种溶液,升温到t2℃时,两种溶液中溶质的质量分数仍然相等
D.图4所示,用水稀释pH相同的盐酸和醋酸,Ⅰ表示醋酸,Ⅱ表示盐酸,且溶液导电性:c>b>a

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火力发电厂释放出大量氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx
CH4(g)+ 4NO2(g)=4NO(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g) △H1=-574 kJ·mol-1    ①
CH4(g)+ 4NO(g)=2N2(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g) △H2=-1160 kJ·mol-1    ②
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为                                   
(2)脱碳。将CO2转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)  △H3
       
①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答:0~10 min内,氢气的平均反应速率为   mol/(L·min);第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡        (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②如图2,25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解300mL 某NaCl溶液,正极反应式为                        。在电解一段时间后,NaCl溶液的pH值变为13(假设NaCl溶液的体积不变),则理论上消耗甲醇的物质的量为     mol。
③取五份等体积的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φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图3所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3    0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)脱硫。燃煤废气经脱硝、脱碳后,与一定量氨气、空气反应,生成硫酸铵。硫酸铵水溶液呈酸性的原因是                                           (用离子方程式表示);室温时,向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na       c(NH3·H2O)。(填“>”、“<”或“=”)
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中国环境监测总站数据显示,颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物,其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题:
⑴ 将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表:
离子
K+
Na+
NH4+
SO42-
NO3-
Cl
浓度/mol•L-1
4×10-6
6×10-6
2×10-5
4×10-5
3×10-5
2×10-5
 
根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH =         
⑵ NOx是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下:

① N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=                
② 当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式                                            
③ 汽车汽油不完全燃烧时还产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)=2C(s)+O2(g),已知该反应的△H>0,该设想能否实现?    
⑶ 碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:

① 用离子方程式表示反应器中发生的反应                             
② 用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是                                                  
③ 用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH)表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为:Ni(OH)2+MNiO(OH)+MH,电池放电时,负极电极反应式为                                  ; 充电完成时,全部转化为NiO(OH),若继续充电,将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极电极反应式为                
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