题目内容

【题目】清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。

. 工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇,有关化学反应如下:

反应ACO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) △H1=-49.6kJ·mol-1

反应BCO2(g)H2H2O(g)CO(g) △H2=+41kJ·mol-1

写出用CO(g)H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式: __________________

反应A可自发进行的温度条件是________(低温高温”)

写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________

CuZnOZrO2催化下,CO2H2混和气体,体积比13,总物质的量amol进行反应,测得CO2转化率、CH3OHCO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示(选择性:转化的CO2中生成CH3OHCO的百分比)。

温度对反应的影响 压强对反应的影响

由上图可知,影响产物选择性的外界条件是______

A. 温度 B. 压强 C. 催化剂

如图中M点温度为250℃CO2的平衡转化率为25%,该温度下反应B的平衡常数为________________(用分数表示)。

.实验室模拟间接电化学氧化法处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水,并以NaCl调节溶液中氯离子浓度,阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。

阳极反应式为__________________________________

除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=-90.6kJ·mol-1 低温 增大压强,适当降温,及时分离出产物(H2OCH3OH AB 1/60 2Cl2e Cl2 2NH4++3Cl2 8H++N2↑+6Cl

【解析】

(1)根据盖斯定律分析解答;

(2)反应能自发进行,需要满足H-TS0

(3)提高甲醇的产率,应使平衡正向移动,结合方程式的特点判断;

(4)①根据温度和压强对反应的影响曲线图结合反应的方程式分析判断;②在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2H2混合气体,体积比13,总物质的量amol进行反应,250℃时,反应AB达到平衡,平衡时容器体积为VLCO2转化率为25%,根据温度对反应的影响曲线可知,CH3OHCO选择性均为50%,结合方程式利用三段式结合平衡常数表达式分析计算;

(5)阳极发生氧化反应,氯离子放电生成氯气;

(6)氯气具有氧化性,铵根离子中氮是-3价,具有还原性,二者能够发生氧化还原反应,据此书写反应的离子方程式。

.(1)反应ACO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g) H1=-49.6kJ·mol-1,反应BCO2(g)H2H2O(g)CO(g) H2=+41kJ·mol-1,根据盖斯定律,将A-B得:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H(49.6kJ·mol-1)-(41kJ·mol-1)=90.6kJ·mol-1,故答案为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=-90.6kJ·mol-1

(2)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.6kJmol-1H0S0,如反应能自发进行,应满足H-TS0,低温下即可进行,故答案为:低温;

(3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.6kJmol-1,由化学计量数可知,增大压强,平衡正向移动;正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动;及时分离出产物(H2OCH3OH),平衡也正向移动,这些措施均有利于提高甲醇的产率,故答案为:增大压强,适当降温,及时分离出产物(H2OCH3OH)

(4) 根据温度和压强对反应的影响曲线图可知,反应A为放热反应,反应B为吸热反应,改变温度,平衡一定移动,说明温度影响产物的选择性;增大压强,反应A正向移动,甲醇的产率增大,说明压强影响产物的选择性,因此温度和压强对产物的选择性均有影响,加入催化剂,平衡不移动,不会影响产物的选择性,故答案为:AB

②在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2H2混合气体,体积比13,总物质的量amol进行反应,250℃时,反应AB达到平衡,平衡时容器体积为VLCO2转化率为25%,根据温度对反应的影响曲线可知,CH3OHCO选择性均为50%,由方程式可知,消耗的二氧化碳的物质的量n(CO2)=×25%mol=mol,剩余二氧化碳的物质的量为mol,生成CH3OHCOmol,分别为mol,生成n(H2O)=mol,两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol,则剩余氢气的物质的量为mol-mol=mol,则反应B的平衡常数K===,故答案为:

.(5)阳极发生氧化反应,氯离子放电生成氯气,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2,故答案为:2Cl--2e-=Cl2

(6)氯气具有氧化性,铵根离子中氮是-3价,具有还原性,能够被氯气氧化成氮气,氯气得电子生成-1价的氯离子,反应的离子方程式为2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-,故答案为:2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-

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