(12分)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ⊿H已知某些化学键
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(12分)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ⊿H 已知某些化学键的键能数据如下表:
化学键
| C—C
| C—H
| H—H
| C—O
| C≡O
| H—O
| 键能/kJ·mol-1
| 348
| 413
| 436
| 358
| 1072
| 463
| 请回答下列问题: (1)已知CO中的C与O之间为叁键连接,该反应的⊿H = ; (2)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH2,加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在250°C开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:
反应时间/min
| 0
| 5
| 10
| 15
| 20
| 25
| 压强/MPa
| 12.6
| 10.8
| 9.5
| 8.7
| 8.4
| 8.4
| 则从反应开始到20min时,以CO表示的平均反应速率= ,该温度下平衡常数K= ,若升高温度则K值 (填“增大”、“减小”或“不变”); (3)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 ; A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变 B、2v(H2)正=v(CH3OH)逆 C、容器中气体的压强保持不变 D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2 (4)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,其工作原理示意图如右,该燃料电池的电池反应式为2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l),则负极的电极反应式为 。 |
答案
(12分) (1) -116 kJ·mol-1 (2) 0.0125 mol·L-1·min-1 , 4 , 减小 (3)AC (4) 2 CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+ |
解析
(1)反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,所以根据反应式可知,该反应的△H=1072kJ·mol+2×436kJ·mol-3×412kJ·mol-358kJ·mol-463kJ·mol=-116kJ·mol. (2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 起始量(mol) 1 2 0 转化量(mol) x 2x x 平衡量(mol) 1-x 2-2x x 所以有 解得x=0.5 CO表示的平均反应速率是=0.0125 mol·L-1·min-1。该温度下平衡常数K=;正反应是放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应方向进行,平衡常数减小。 (3)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。混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值,质量不变,但物质的量是变化的,所以A可以说明;B中反应速率的方向相反,但不满足速率之比是相应的化学计量数之比,不能说明;反应是体积减小的,所以压强也是减小的,C可以说明;D中反应速率的方向是相同的,速率之比是相应的化学计量数之比,因此D中的关系始终是成立,不正确,答案选AC。 (4)原电池中负极失去电子,所以甲醇在负极通入。由于质子交换膜只能允许氢离子通过,所以负极电极反应式是2 CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+。 |
举一反三
(14分)1773年,伊莱尔·罗埃尔(Hilaire Rouelle)发现尿素。1828年,弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸钾[KCNO]与硫酸铵人工合成了尿素[CO(NH2)2]。 (1)维勒合成尿素的化学反应方程式为 。 (2)工业上尿素是由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应方程式为 当氨碳比的转化率随时间的变化关系如图1所示。 ①A点速率v逆(CO2) 点速率为V正(CO2)(填“大于”、“小于”或“等于”) ②NH3的平衡转化率为 。
(3)人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图2。 ①电源的负极为 (填“A”或“B”)。 ②阴极室中发生的电极反应式为 ③电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将 (填“增大”、“减小”、“不变”)若两极共收集到气体11.2L(标准状况),则除去的尿素为 g(忽略气体的溶解)。 |
(16分)甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上一般可采用如下反应来合成甲醇: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH< 0。 (1)上述反应的平衡常数表达式为K= ,以下有关说法正确的是________ a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡 b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡 c.保持容器体积不变,升高温度可提高CO的转化率 d.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率 (2)其它条件相同时,在T1、T2(T1< T2)两个不同温度下可逆反应达到平衡,请画出CO的转化率随时间变化的示意图。
(3)已知在常温常压下: ① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH= -a kJ·mol-1 ② 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH= -b kJ·mol-1 ③ H2O(g)= H2O(l) ΔH= -c kJ·mol-1 则 CH3OH(l)+ O2(g) = CO(g) + 2H2O(l) ΔH=______________kJ·mol-1。 (4)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
C极发生的电极反应式为:___________________________,工作一段时间后,当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,有______NA个电子发生转移。 (H:1 C:12 O:16) |
下列对于化学反应的研究结论正确的是A.已知常温常压下4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)是自发反应, 则该反应是吸热反应 | B.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阴极均发生氧化反应 | C.一定条件下2molPCl3和2molCl2发生反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g) ΔH= -93kJ•mol—1 ,达平衡时放热139.5kJ,则PCl3的转化率为75% | D.用pH分别为2和3的醋酸中和等量的NaOH,消耗醋酸的体积分别为V1和V2,则V1>10V2 |
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(14分) 研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。 (1)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O可处理NO2。当转移3.6mol电子时,生成的N2在标准状况下是 L。 (2)已知:反应1:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH =" —196.6" kJ·mol-1 反应2:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH = —41.8kJ·mol-1 则反3:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的 ΔH =" _________" kJ·mol-1 (3) 一定条件下,将2molNO与2molO2置于恒容密闭容器中发生上述反应3,下列各项能说明反应达到平衡状态的是 。 a.体系压强保持不变 b.混合气体颜色保持不变 c.NO和O2的物质的量之比保持不变 d.每消耗1 molO2同时生成2 molNO2 (4)CO可用于合成甲醇,一定温度下,向体积为2L的密闭容器中加入CO和H2,发生反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),达平衡后测得各组分浓度如下:
物质
| CO
| H2
| CH3OH
| 浓度(mol•L—1)
| 0.9
| 1.0
| 0.6
| ①混合气体的平均相对分子质量__________________________。 ②列式并计算平衡常数K=__________________________。 ③若将容器体积压缩为1L,不经计算,预测新平衡中c(H2)的取值范围是__________。 ④若保持体积不变,再充入0.6molCO和0.4molCH3OH,此时v正___v逆(填“>”、“<”或“=”)。 |
有关下列图像说法正确的是( )
A.由图1可知合成氨反应为自发反应,加入适当的催化剂,E和△H都减小 | B.图2表示向含有H+、Mg2+、Al3+、NH4+中加入NaOH溶液与产生沉淀质量的变化关系 | C.图3表示合成氨反应在其他条件不变的情况下,改变起始物n(H2)对此反应平衡的影响。可知反应物N2的转化率最高的是b点;T1>T2,K2> K1(T1和T2表示温度,K1、K2表示对应温度下平衡常数) | D.图4表示25℃时,用0.1 mol·L-1盐酸滴定20 mL 0.1 mol·L-1氨水的pH随加入盐酸体积的变化 |
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