题目内容
【题目】甲醇又称“木精”,是非常重要的化工原料。
(1)CO和H2在高温、高压、催化剂条件下反应可制备甲醇。根据下表中相关化学键键能(键能是断裂1mol化学键时需要吸收的能量,或形成1mol化学键时释放的能量)数据,写出CO(CO分子中含有C=O)和H2反应生成甲醇的热化学方程式______。
化学键 | H-H | O-H | C-H | C-O | C=O |
键能/KJ·mol-1 | 436 | 463 | 413 | 351 | 1076 |
(2)甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。
①该脱氢反应的ΔH___0(填“>”、“<”或“=”)
②600K时,Y点甲醇的V(正)___V(逆)(填“>”、“<”或“=”),判断依据是_____
③下列叙述不能说明该脱氢反应已经达到平衡状态的是_____。
A.c(CH3OH)=c(HCHO) B.HCHO的体积分数保持不变
C.V正(CH3OH)=V逆(HCHO) D.混合气体平均分子量保持不变
(3)一定条件下,甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。已知:常温下,弱电解质的电离平衡常数:Ka(CH3COOH)=1.8×10-5;Ka(HSCN)=0.13。
常温下,将20mL0.10mol·L-1CH3COOH溶液和20mL0.10mol·L-1HSCN溶液分别与20mL0.10mol·L-1NaHCO3溶液混合,实验测得产生CO2气体体积V随时间t变化的示意图如下图所示:
①反应初始阶段,两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是_______,反应结束后所得两溶液中,C(CH3COO-)____ c(SCN-)(填“>”、“<”或“=”)。
②常温条件下,将amol·L-1的CH3COOH与bmol·L-1Ba(OH)2溶液等体积混合,反应平衡时,2c(Ba2+)=c(CH3COO-),用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为_______。
(4)甲醇燃料电池可能成为未来便携电子产品应用的主流。某种甲醇燃料电池工作原理如图所示,则通入a气体电极的电极反应式为___________。
【答案】 CO(g)+2H2 (g) → CH3OH(g) △H =-105 kJ·mol─1 > 由图像看出,升温,CH3OH转化率增大,平衡向正向移动,正向为吸热反应 < A c(HSCN)=c(CH3COOH)时,HSCN溶液中c(H+)较大,故其溶液与NaHCO3溶液反应速率较快 < CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
【解析】(1)考查热化学反应方程式的计算,目标反应是CO+2H2=CH3OH,根据△H=反应物键能总和-生成物键能总和=[1076+2×436-(3×413+351+463)]kJ·mol-1=-105kJ·mol-1,热化学反应方程式为:CO(g)+2H2 (g) = CH3OH(g) △H =-105 kJ·mol─1;(2)考查影响化学平衡移动的因素、化学平衡状态的判断,①根据图像,随着温度升高,甲醇的转化率增大,说明反应向正反应方向进行,即正反应是吸热反应,△H>0;②曲线上的每一个点达到平衡,Y→X点,甲醇的转化率降低,说明反应向逆反应方向进行,即v(逆)>v(正);③A、题目中没有说明开始时甲醇的通入量和转化率,因此c(CH3COH)=c(HCHO),无法判断是否达到平衡,故A说法错误;B、根据化学平衡状态的定义,当体积分数不再改变,说明反应达到平衡,故B说法正确;C、用不同物质的反应速率表示,首先是反应方向是一正一逆,v正(CH3OH)说明反应向正反应方向进行,v逆(HCHO)反应向逆反应方向进行,然后速率之比等于化学计量数之比,因此当V正(CH3OH)=V逆(HCHO),说明反应达到平衡,故C说法正确;D、根据M=m/n,组分都是气体,因此气体质量保持不变,反应前气体系数之和小于反应后气体系数,即气体物质的量增大,因此有当平均摩尔质量保持不变,说明反应达到平衡,故D说法正确;(3)考查电离平衡常数、弱电解质的电离和盐类水解,①根据电离平衡常数的意义,电离平衡常数越大,说明酸性或碱性越强,即HSCN的酸性强于CH3COOH,当两者浓度相等时,HSCN溶液中c(H+)大于CH3COOH,因此开始时HSCN反应速率快;两者恰好完全反应后,溶质分别是CH3COONa和NaSCN,依据盐类水解的规律“越弱越水解”,CH3COO-水解程度大于SCN-,即c(CH3COO-)<c(SCN-);②依据电荷守恒,因此有c(H+)+2c(Ba2+)=c(CH3COO-)+c(OH-),2c(Ba2+)=c(CH3COO-),推出c(H+)=c(OH-),溶液显中性,根据电离常数的定义:Ka=c(CH3COO-)×c(H+)/c(CH3COOH)= =10-7×2b/(a-2b);(4)考查电极反应式的书写,根据原电池的工作原理,电子从负极经外电路流向正极,即左端电极为负极,通入的是CH3OH,根据示意图,电池内部有H+转移,说明环境是酸性,因此负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+。