(14分)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇的一种反应原理为:2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H=—256
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(14分)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇的一种反应原理为:2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H=—256
题型:不详
难度:
来源:
(14分)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇的一种反应原理为:2CO(g)+4H
2
(g)
CH
3
CH
2
OH(g)+H
2
O(g) △
H
=—256.1kJ·mol
—1
。
已知:H
2
O(l)=H
2
O(g) △
H
=+44kJ·mol
—1
CO(g)+H
2
O(g)
CO
2
(g)+H
2
(g) △
H
=—41.2kJ·mol
—1
⑴以CO
2
(g)与H
2
(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式如下:
2CO
2
(g)+6H
2
(g)
CH
3
CH
2
OH(g)+3H
2
O(l) △
H
=
。
⑵CH
4
和H
2
O(g)在催化剂表面发生反应CH
4
+H
2
O
CO+3H
2
,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表:
温度/℃
800
1000
1200
1400
平衡常数
0.45
1.92
276.5
1771.5
①该反应是_____反应(填“吸热”或“放热”);
②
T
℃时,向1L密闭容器中投入1molCH
4
和1mol H
2
O(g),平衡时
c
(CH
4
)=0.5mol·L
—1
,该温度下反应CH
4
+H
2
O
CO+3H
2
的平衡常数
K
=
。
⑶汽车使用乙醇汽油并不能减少NO
x
的排放,这使NO
x
的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5 为催化剂,测得NO转化为N
2
的转化率随温度变化情况如图。
①若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为
;在
n
(NO)/
n
(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在
左右。
②用C
x
H
y
(烃)催化还原NO
x
也可消除氮氧化物的污染。写出CH
4
与NO
2
发生反应的化学方程式:
。
⑷乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y
2
O
3
的ZrO
2
晶体,它在高温下能传导O
2—
离子。该电池负极的电极反应式为
。
答案
⑴—305.7 kJ·mol
—1
⑵①吸热 ②6.75
⑶①该反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行 870℃
②CH
4
+2NO
2
→CO
2
+N
2
+2H
2
O ⑷CH
3
CH
2
OH—12e
—
+6O
2—
=2CO
2
+3H
2
O
解析
(1)考查盖斯定律的应用。根据已知反应可知,①-③×2-②即得到2CO
2
(g)+6H
2
(g)
CH
3
CH
2
OH(g)+3H
2
O(l),所以该反应热是-256.1kJ/mol+41.2kJ/mol-44kJ/mol×3=-305.7kJ/mol。
(2)①随着温度的升高,平衡常数逐渐增大,所以正反应是吸热反应。
②平衡时
c
(CH
4
)=0.5mol·L
—1
,所以消耗甲烷是0.5mol/L,则生成CO是0.5mol/L,氢气是
1.5mol/L,剩余甲烷和水蒸气都是0.5mol/L,所以平衡常数为
。
(3)①应用反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行,所以NO的分
解率降低。根据图像可知,在
n
(NO)/
n
(CO)=1的条件下,温度为870℃转化率最高,所以
应该控制的温度是870℃。
②NO
2
能把甲烷氧化生成CO
2
、氮气和水,方程式为CH
4
+2NO
2
→CO
2
+N
2
+2H
2
O。
(4)原电池中负极失去电子,由于电解质能传递O
2—
离子,而在原电池中阴离子是向负极
移动的,所以负极方程式为CH
3
CH
2
OH—12e
—
+6O
2—
=2CO
2
+3H
2
O。
举一反三
(10分)工业上常用天然气作为制备
的原料。已知:
①
②
③
(1)
与
反应生成
的热化学方程式为
。
(2)向VL恒容密闭容器中充入
与
,在不同压强下合成甲醇。
的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示:
①压强
(填“<”、“>”或“=”)
②在
、
压强时,平衡常数为
(用含
的代数式表示)。
(3)下图是甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)结构示意图,
电极通入的
为
,电极反应式是
。
若用该电池电解
溶液,当得到
铜时,参加反应的气体
的体积应为
(标准状况)。
题型:不详
难度:
|
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(10分)利用所学化学反应原理,解决以下问题:
(1)某溶液含两种相同物质的量的溶质,溶液中只存在OH
—
、H
+
、NH
4
+
、Cl
-
四种离子,且
c
(NH
4
+
)>
c
(Cl
-
)>
c
(OH
—
)>
c
(H
+
),则这两种溶质是
_________
。
(2)0.1 mol·L
-1
的氨水与0.05 mol·L
-1
的稀硫酸等体积混合,用离子方程式表示混合后溶液的酸碱性:
。
(3)以石墨电极电解100 mL 0.1 mol·L
-1
CuSO
4
溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.01 mol,则阴极上析出Cu的质量为
g。
(4)将AgCl分别放入①5mL H
2
O ②10mL0.2mol·L
-1
MgCl
2
③20 mL0.5mol·L
-1
NaCl溶液④40 mL0.1mol·L
-1
HCl中溶解至饱和,各溶液中Ag
+
的浓度由大到小的顺序是
________________
。
(5)向20 mL硫酸和盐酸的混合液中逐滴加入pH=13的Ba(OH)
2
溶液,生成BaSO
4
的量如右图所示,B点溶液的pH=7(忽略溶液体积变化),则
c
(HCl)=
_________
mol·L
-1
。
题型:不详
难度:
|
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(10分)能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应I: CO(g)+2H
2
(g)
CH
3
OH(g) Δ
H
1
反应II:CO
2
(g)+3H
2
(g)
CH
3
OH(g) + H
2
O(g) Δ
H
2
①上述反应符合“原子经济”原则的是
(填“I”或“Ⅱ”)。
②下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(
K
)。
温度
250℃
300℃
350℃
K
2.041
0.270
0.012
由表中数据判断Δ
H
1
0(填“>”、“=”或“<”)。
③某温度下,将2molCO和6molH
2
充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得
c
(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为
。
(2)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置。
① 该电池正极的电极反应为
。
②工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池总反应的离子方程式为
。
题型:不详
难度:
|
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(本题共8分)
水煤气法制甲醇工艺流程框图如下
(注:除去水蒸气后的水煤气含55~59%的H
2
,15~18%的CO,11~13%的CO
2
,少量的H
2
S、CH
4
,除去H
2
S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH
4
转化成CO,得到CO、CO
2
和H
2
的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成)
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H
2
O(g)
CO(g)+H
2
(g),此反应是吸热反应。①此反应的化学平衡常数表达式为
;
②下列能提高碳的平衡转化率的措施是
。
A.加入C(s)
B.加入H
2
O(g)
C.升高温度
D.增大压强
(2)将CH
4
转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:
CH
4
(g)+3/2O
2
(g)
CO (g)+2H
2
O (g) +519KJ。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)
① X在T
1
℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×10
5
倍;
② Y在T
2
℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×10
5
倍;
③ Z在T
3
℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×10
6
倍;
已知:T
1
>T
2
>T
3
,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是
(填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是
。
(3)合成气经压缩升温后进入10m
3
甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应是:2H
2
(g) + CO(g)
CH
3
OH(g)+181.6kJ。T
4
℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H
2
,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质
H
2
CO
CH
3
OH
浓度/(mol·L
-
1
)
0.2
0.1
0.4
①比较此时正、逆反应速率的大小:
v
正
v
逆
(填“>”、“<”或“=”)。
②若加入同样多的CO、H
2
,在T
5
℃反应,10 min后达到平衡,此时c(H
2
)=0.4 mol·L
-
1
、c(CO)=0.7 mol·L
-
1
、则该时间内反应速率
v
(CH
3
OH) =
mol·(L·min)
-
1
。
(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是
。
题型:不详
难度:
|
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A、B、C、D、E五种物质是由常见元素组成,A由两种元素组成,且A中两种元素的质量比为7∶8。A和B在高温条件下反应生成C和D,C为无色气体,在标准状况下的密度约为2.86g∙L
-
1
。以A为原料生产E。
⑴写出A的化学式:
⑵A和B的反应中,还原剂与氧化剂的物质的量之比为
,
⑶某人设想用右图所示装置利用电化学原理生产E,则N电极是
极;写出M电极的电极反应式:
。
⑷当图中的C与O
2
被活性炭吸附时,也能发生反应生成F,为研究此反应,将C和O
2
放入体积为2L的恒容密闭容器中,在500℃时发生反应,反应过程中的能量变化如下图所示,反应物物质的量和时间的变化如下表所示:
①该反应的ΔH
0反应从起始至2min内的平均反应速率v(C)=
;
500℃时,此反应化学平衡常数K的值为
。
②第6min时,向容器中再充入0.002molO
2
,同时将反应体系的温度改变为T,反应至10min时重新达到平衡,此时测得c(C)=0.006mol∙L
-
1
,则温度T
(填“>”或“<”)500℃。
题型:不详
难度:
|
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