(16分)甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H2反应生产CH3OH,并开发出甲醇燃料电池。(1)已知:CO(g)+1/2O2(g)
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(16分)甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H2反应生产CH3OH,并开发出甲醇燃料电池。 (1)已知:CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ·mol-1 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=-1453.0 kJ·mol-1 则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为 。 (2)工业上常利用反应CO(g)+2H2(g)≒CH3OH(g) △H<0合成甲醇,在230℃~270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比,分别在230℃、250℃和270℃进行实验,结果如图。
230℃的实验结果所对应的曲线是 (填字母);该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H2):n(CO) 的比值范围是 (填字母)。A.1~1.5 B.2.5~3 C.3.5~4.5 (3)制甲醇所需要的氢气,可用下列反应制取:H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g) △H<0,某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题: ①该温度下,若起始时c(CO)="1" mol·L-1,c(H2O)="2" mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.5 mol·L-1,则此时该反应v(正) v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。 ②若降低温度,该反应的K值将 (填“增大”、“减 小”或“不变”)。 (4)某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。
①该电池工作时,OH-向 极移动(填“a”或“b”)。 ②工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池负极反应式为 ,电池总反应的离子方程式为 。 |
答案
(1)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-443.5kJ·mol-1 (2)X ; B (3)① > ② 增大 (4)① b ② CH3OH - 6e-+ 8OH-=CO32- + 6H2O 2CH3OH + 3O2 + 4OH-=2CO32- + 6H2O |
解析
(1)考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)和反应②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)可知,②-①×2即得到2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l),所以反应热是-1453.0kJ/mol+283.0 kJ/mol×2=-887 kJ/mol。 (2)因为反应是放热反应,所以温度越高,转化率越低。因此根据图像可判断曲线X表示的是230℃。同样根据图像可判断,n(H2):n(CO) 的比值范围在2.5~3时,转化率最高,所以答案选B。 (3)①根据方程式可知当氢气浓度是0.5mol/L时,生成物CO2的浓度也是0.5mol/L。消耗水蒸气和CO的浓度都是0.5mol/L,则剩余水蒸气和CO的浓度分别是0.5mol/L和1.5mol/L。此时<1,所以反应向正反应方向移动,即正反应速率大于逆反应速率。 ②正反应是放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。 (4)原电池中负极失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。在该燃料电池中,正极通入氧气,负极通入甲醇,所以a是正极,b是负极。电解质是碱性溶液,所以负极电极反应式为CH3OH - 6e-+ 8OH-=CO32- + 6H2O,电池总反应式为2CH3OH + 3O2 + 4OH-=2CO32- + 6H2O。 |
举一反三
下列说法中正确的是( )A.化学反应中的能量变化都表现为热量的变化 | B.增加炼铁高炉的高度可以降低尾气中CO的含量 | C.无论加入正催化剂还是加入负催化剂都能大大提高化学反应速率 | D.把煤粉碎了再燃烧可以提高煤的燃烧效率 |
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(8分)某有机物A由C、H、O三种元素组成,90克A完全燃烧可生成132克CO2和54克H2O。试求: (1)该有机物的最简式 。 (2)若符合该最简式的A物质可能不止一种,则它们之间的关系 (填序号) A.一定互为同系物 B.一定互为同分异构体 C.等质量的它们完全燃烧耗氧量相同 D.等物质的量的它们完全燃烧耗氧量相同 (3)若A是具有水果香味的液体,可发生水解反应,写出A与NaOH溶液反应的化学方程式 。 (4)若A的相对分子质量为180,能发生银镜反应,也能发生酯化反应,则A的结构简式为_______________. |
下列叙述正确的是A.某反应的焓变小于零,该反应一定能自发进行 | B.用湿润的pH试纸测稀盐酸溶液的pH为3.52 | C.草木灰(K2CO3)是钾肥,硫酸铵是氮肥,二者混合施用可以提高肥效 | D.原电池是将化学能转变为电能的装置 |
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下列各选项中所述的两个量,前者一定大于后者的是( )A.H3BO3的酸性与H2CO3的酸性 | B.向Ag2CrO4浑浊液中加NaCl溶液,有AgCl沉淀生成,Ksp (Ag2CrO4) 与Ksp(AgCl) | C.I2在KI溶液中和在水中的溶解度 | D.相同温度下,lO ml O.l mol·l一的醋酸与100 ml O.01 mol·L一的醋酸中的H+物质的量 |
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(17分)I.工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法:
将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如下图所示(实线)。图中数据a(1,6)表示:在1 min时H2的物质的量是6 mol。
(1)a点正反应速率 (填“大于”“等于”或“小于”)逆反应速率。其化学平衡常数K= (2)下列时间段平均反应速率最大的是 ,A.O~1 min | B.1~3 min | C.3~8 min | D.8~11 min | (3)仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。曲线I对应的实验条件改变是 ,曲线Ⅱ对应的实验条件改变是 ,体积不变再充入3molCO2和4 mol H2,H2O(g)的体积分数 (填“增大”“不变”或“减小”) Ⅱ.某实验小组欲探究反应速率与温度的关系,现有1mol/L的KI溶液、0.1mol/L的H2S04溶液、淀粉溶液,则实验时这几种试剂的加入顺序为:KI溶液、 、 ; 反应的方程式为 Ⅲ. 粗镍样品中含Fe、Zn、Ag、Cu等四种金属杂质,为获得高纯度的镍,某兴趣小组同学拟用铅蓄电池为电源,粗镍及石墨为电极,电解硝酸镍溶液对粗镍进行提纯。 (1)电解结束后,在阳极附近的沉淀物中,主要的金属单质为 (填化学式)。
(2) 若按上图所示连接对铅蓄电池进行充电。充电一段时间后。则在A电极上生成 (填化学式)。B电极上的电极反应式为 ;充电完毕。铅蓄电池的正极是 极(填“A”或“B”)。 (3)如用甲烷燃料电池为电源,在25℃、101 kPa时,若CH4在氧气中直接燃烧生成1 mol水蒸气放热401 kJ,而l g水蒸气转化成液态水放热2.445 kJ,则CH4的燃烧热为 (取整数)kJ·mol-。 |
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