(14分)甲醇是重要的化工原料,在工业生产上的应用十分广泛。(1)利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后可将H2与CO2转化为甲醇。已知:光催化制氢:2H2O(

(14分)甲醇是重要的化工原料,在工业生产上的应用十分广泛。(1)利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后可将H2与CO2转化为甲醇。已知:光催化制氢:2H2O(

题型:不详难度:来源:
(14分)甲醇是重要的化工原料,在工业生产上的应用十分广泛。
(1)利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后可将H2与CO2转化为甲醇。已知:
光催化制氢:2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)  ΔH=+571.5 kJ/mol   ①
H2与CO2耦合反应:3H2(g)+CO2(g)===CH3OH(l)+H2O(l)  ΔH=-137.8 kJ/mol   ②
则反应:2H2O(l)+CO2(g) = CH3OH(l)+3/2O2(g)的ΔH=     kJ/mol。
你认为该方法需要解决的技术问题有     (填字母)。
a. 开发高效光催化剂
b. 将光催化制取的H2从反应体系中有效分离,并与CO2耦合催化转化
c. 二氧化碳及水资源的来源供应
(2)工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下(有关数据均为在298 K时测定):
反应I:CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g)  ΔH1=+92.09kJ/mol,K1=3.92×10-11
反应II:CH3OH(g)+1/2O2(g)=HCHO(g)+H2O(g)  ΔH2=-149.73 kJ/mol,K2=4.35×1029
①从原子利用率看,反应     (填“I”或“II”。下同)制甲醛的原子利用率更高。从反应的焓变和平衡常数K值看,反应   制甲醛更有利。
②下图是甲醇制甲醛有关反应的lgK(平衡常数的对数值)随温度T的变化。图中曲线(1)表示的是反应     

(3)污水中的含氮化合物,通常先用生物膜脱氮工艺进行处理,在硝化细菌的作用下将NH4氧化为NO3(2NH4++3O2=2HNO2+2H2O +2H+;2HNO2 +O2=2HNO3)。然后加入甲醇,甲醇和NO3反应转化为两种无毒气体。
①上述方法中,1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为     g。
②写出加入甲醇后反应的离子方程式:     
(4)甲醇燃料电池的工作原理如图所示,则该电池负极的电极反应式为   

答案
共14分。每空2分。
(1)-719.5(2分)     ab(2分)
(2)①I(1分)    II(1分)     ②II(2分)
(3)①4.57(2分)
②6NO3+5CH3OH+6H=3N2↑+5CO2↑+13H2O(2分)
(4)CH3OH+H2O–6e=CO2↑+6H+(2分)
解析

试题分析:(1)由盖斯定律得2H2O(l)+CO2(g) = CH3OH(l)+3/2O2(g)的ΔH=(①×3+②×2)/2,将①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol;利用太阳能或生物质能分解水制H2,需要开发高效光催化剂,使水易在太阳光的作用下分解,同时将光催化制取的H2从反应体系中有效分离,并与CO2耦合催化转化,但二氧化碳及水资源的来源供应不是需要解决的技术问题,答案选ab;
(2)反应物中的原子尽可能的转化为生成物,原子的利用率越高,所以反应I的原子利用率高;反应II的化学平衡常数较大,说明反应进行的彻底程度较大,而且反应II是放热反应,所以从反应的焓变和平衡常数K值看,反应II制甲醛有利;
(3)①根据所给方程式可知2NH4+~4O2~2HNO3,1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为2×32/14=4.57g,
②甲醇和NO3反应转化为两种无毒气体,从元素守恒角度判断无毒气体是氮气和二氧化碳,另一种产物是水,离子方程式为6NO3+5CH3OH+6H=3N2↑+5CO2↑+13H2O
(4)燃料电池中燃料在电池的负极发生氧化反应,结合图中信息,甲醇被氧化为二氧化碳和氢离子,所以该电池的负极反应式为CH3OH+H2O–6e=CO2↑+6H+
举一反三
(18分)能源的开发和利用是当前科学研究的重要课题。
(1)利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下前实现如下变废为宝的过程:
mCeO2 (m-x)CeO2xCe+xO2
(m-x)CeO2xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO
上述过程的总反应是           ,该反应将太阳能转化为         
(2)CO、O2和KOH溶液构成的燃料电池的负极电极反应式为               。该电池反应可获得K2CO3溶液,某温度下0.5molL-1 K2CO3溶液的pH=12,若忽略CO32-的第二级水解,则CO32- +H2OHCO3-+OH-的平衡常熟Kh=        
(3)氯碱工业是高耗能产业,下列将电解池与燃料电池相组合的工艺可以节能30%以上。

①电解过程中发生反应的离子方程式是            ,阴极附近溶液PH      (填“不变”、“升高”或“下降”)。
②如果粗盐中SO42-含量较高,精制过程需添加钡试剂除去SO42-,该钡试剂可选用下列试剂中的        
a.Ba(OH)2    b.Ba(NO3)2    c.BaCl2
现代工艺中更多使用BaCO3除SO42-,请写出发生反应的离子方程式       
③图中氢氧化钠溶液的质量分数a% b%(填“>”、‘‘=”或“<”),,燃料电池中负极上发生的电极反应为                
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下面关于化学反应的限度的叙述中,正确的是
A.化学反应的限度都相同
B.可以通过改变温度控制化学反应的限度
C.可以通过延长化学反应的时间改变化学反应的限度
D.当一个化学反应在一定条件下达到限度时,反应即停止

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可逆反应2NO22NO+O2在体积不变的密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是
①单位时间内生成n molO2的同时生成2n mol NO2
②用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1的状态
③混合气体的颜色不再改变的状态
④混合气体的密度不再改变的状态
⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①③⑤B.②③⑤C.①③④D.①②③④⑤

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下列叙述正确的是   (         )
A.恒容密闭容器中进行的反应3A(g) B(g)+c(g),在其他条件不变的情况下,再充入一定量的A气体,A的转化率将增大
B.对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),增大氮气浓度可增加活化分子百分数,从而使反应速率增加
C.将A1C13溶液和NaAlO2溶液分别蒸干后灼烧,所得固体产物均为A1203
D.反应NH3(g)+HCl(g) NH4C1(s) ΔH<O在任何条件下均能自发进行

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在一定温度下,将等量的气体分别通入起始体积相同的密闭容器I(恒容)和Ⅱ(恒压)中,使其发生反应,t。时容器I中达到化学平衡,x、Y、z的物质的量的变化如图所示,则下列有关推断正确的是
A.该反应的化学方程式为
B.若两容器中均达到平衡后,两容器的体积V(I)<V(Ⅱ),则容器Ⅱ达到平衡所用时间小于t。
C.若两容器中均达到平衡时,两容器中Z的物质的量分数相同,则Y为固态或液态
D.达平衡后,若对容器Ⅱ升高温度时其体积增大,说明Z发生的反应为吸热反应

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