题目内容
【题目】甲醇是一种重要的有机化工原料。
(1)已知:
①C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g) ΔH1=-45.5kJ/mol
②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.9kJ/mol
③C2H4OH(g) CH3OCH3(g) ΔH3=+50.7kJ/mol
请写出乙烯和水蒸气化合生成甲醇气体的热化学方程式:_____________。
(2)合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH。相同条件下,向容积相同的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入等量的物质的量之比为1:2的CO和H2的混合气体,改变温度进行实验,测得反应进行到t min时甲醇的体积分数如图甲所示。
①温度升高甲醇的体积分数增大的原因是___________;
②根据图像判断ΔH________________(填“>”、“<”或“=”)0。
(3)某研究小组提出将4CH3OH+6NO2+8OH-=3N2+4CO32-+12H2O设计成原电池,以实现污染物的利用,装置如图乙所示(图中电极均为多孔的惰性电极)。
①电极A的名称是_____________。
②写出原电池电极B的电极反应式:___________。
③若用该电池对铁制品表面镀铜,反应一段时间后,铁制品质量增加64g,理论上处理NO2的质量为________g。
(4)为了研究甲醇转化为二甲醚的反应条件,某研究与小组在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.9KJ/mol。
容器编号 | 温度/℃ | 起始物质的量/mol | 平衡物质的量/mol | |
CH3OH(g) | CH3OCH3(g) | H2O(g) | ||
Ⅰ | T1 | 0.20 | 0.080 | 0.080 |
Ⅱ | T1 | 0.40 | a | a |
Ⅲ | T2 | 0.20 | 0.090 | 0.090 |
①T1温度下该反应的平衡常数K=_______;反应温度T1_________T2(填“大于”或“小于”。)
②容器Ⅱ中a=______。
③下列说法能说明反应达到平衡状态的是___________(填字母)。
A.容器中气体压强不再变化
B.用CH3OH 和CH3OCH3表示的反应速率之比为2:1
C.混合气体的密度不变
D.容器内CH3OH和CH3OCH3的浓度之比为2:1
E.单位时间内生成2molCH3OH 的同时生成1mol H2O(g)
【答案】 C2H4(g)+2H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+29.1kJ/mol a到c反应未达平衡,温度越高反应速率越快,甲醇的体积分数越大 < 负极 2NO2+4H2O+8e-=N2+8OH- 23 4 大于 0.160 E
【解析】(1)已知:①C2H4(g)+H2O(g)→C2H5OH(g) ΔH1=-45.5kJ/mol,② 2CH3OH(g)→CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.9kJ/mol,③C2H5OH(g)→CH3OCH3(g) ΔH3=+50.7kJ/mol,根据盖斯定律可知①+③-②即得到乙烯和水蒸气化合生成甲醇气体的热化学方程式为 C2H4(g)+2H2O(g)→2CH3OH(g) ΔH2=+29.1kJ/mol。(2)①根据图像可知a到c反应未达平衡,温度越高反应速率越快,因此甲醇的体积分数越大;②根据图像可判断甲醇含量达到最高后反应达到平衡状态,继续加热甲醇含量降低,说明升高温度平衡向逆反应方向进行,因此ΔH<0。(3)①电极A通入的是甲醇,甲醇失去电子,所以电极的名称是负极。②原电池电极B是正极,NO2达到电子转化为氮气,电解质溶液显碱性,则电极反应式为2NO2+4H2O+8e-=N2+8OH-。③若用该电池对铁制品表面镀铜,反应一段时间后,铁制品质量增加64g,即有1mol析出。电路中转移2mol电子,则根据电子得失守恒可知理论上消耗2mol÷4=0.5mol,NO2的质量为23g。(4)
① 2CH3OH(g)→CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始浓度(mol/L) 0.20 0 0
转化浓度(mol/L) 0.160 0.080 0.080
平衡浓度(mol/L) 0.040 0.080 0.080
所以T1温度下该反应的平衡常数K=;
起始量相同,平衡时二甲醚是0.090mol,这说明平衡向正反应方向进行。由于正反应是放热反应,所以反应温度T1大于T2;②容器Ⅰ、Ⅱ中温度相同,由于反应前后体积不变,平衡等效,所以a=0.160。③A.由于反应前后体积不变,因此容器中气体压强不再变化不能说明反应达到平衡状态,A错误;B.根据方程式可知用CH3OH 和CH3OCH3表示的反应速率之比始终为2:1,不能说明达到平衡状态,B错误;C.密度是气体的质量和容器容积的比值,反应过程质量和容积均不变,所以混合气体的密度不变不能说明达到平衡状态,C错误;D.容器内CH3OH和CH3OCH3的浓度之比为2:1不能说明正逆反应速率相等,不一定达到平衡状态,D错误;E.单位时间内生成2molCH3OH 的同时生成1mol H2O(g)表示正逆反应速率相等,达到平衡状态,E正确,答案选E。
