题目内容

(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                

(18分)
(1)H2O + CO2 =H2 + CO + O2(2分)    化学能(1分)
(2)CO – 2e- +4OH- = CO32- + 2H2O(2分)    2×10-4 mol·L-1(2分)
(3)①2Cl-+2H2O  Cl2↑+ H2↑+2OH-(2分)    升高(1分)     
②  ac(2分)  BaCO3(s)+ SO42-(aq) = BaSO4 (s)+ CO32-(aq)(2分)
③  <(2分)   H2-2e-+2OH-=2H2O (2分)

解析试题分析:(1)两式相加可得总反应方程式:H2O + CO2 =H2 + CO + O2;通过该反应把太阳能转化为了化学能。
(2)在碱性条件下,CO失电子转化为CO32?,电解方程式为:CO – 2e- +4OH- = CO32- + 2H2O;溶液的pH=12,则c(OH?)=0.01mol?L?1,若忽略CO32-的第二级水解,c(HCO3?)=0.01mol?L?1,则Kh=c(HCO3?)?c(OH?)/c(CO32?)= 0.01mol?L?1×0.01mol?L?1/0.5mol?L?1= 2×10-4 mol·L-1
(3)①电解食盐水生成H2、H2和NaOH,所以离子方程式为:2Cl-+2H2O  Cl2↑+ H2↑+2OH-;阴极上H2O电离出的H+得电子生成H2,使H2O的电离平衡向右移动,OH?浓度增大,所以pH升高。
②Ba(OH)2可与SO42?反应,OH?可加盐酸除去,BaCl2可与SO42?反应,而且不引入新杂质,Ba(NO3)2能与SO42?反应,但NO3?无法除去,故ac正确;BaCO3转化为更难溶的BaSO4,离子方程式为:BaCO3(s)+ SO42-(aq) = BaSO4 (s)+ CO32-(aq)。
③在燃料电池中,氧气作正极,所以通入空气的极是正极,O2得电子生成OH?,通入燃料的电极是负极,消耗OH?,所以a% < b%;负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O。
考点:本题考查电解池和原电池原理、平衡常数计算、方程式的书写。

练习册系列答案
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由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用,引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇, 一定条件下发生如下反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=                 ;已知:K(300℃)>K(350℃),则该反应是_______反应。(填“吸热”或“放热”)
(2)下列情况不能说明该反应一定达到平衡的是      
A混合气体的平均平均相对分子质量不变         B混合气体的压强不变
C单位时间内生成3mol H—H键,同时生成2 mol C=O键   
D.混合气体中 c (H2) : c (CH3OH) = 3:1
(3)为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示的平均反应速率v(H2)为           mol·L-1·min-1

(4)下列措施中能使(3)题中n(CH3OH)/n(CO2)增大的有           。(填字母)
A升高温度          B加入催化剂      C将H2O(g)从体系中分离           
D充入He(g),使体系总压强增大          E.再充入1molCO2和3molH2
(5)若在另一个密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,保持压强不变,并使初始体积与(3)题中容器体积相等,且在相同的温度下进行反应,达到平衡时该容器中的CO2的体积百分数 ________(3)题中的CO2的体积百分数。(填“>”或“<”或“=”)

(14分)甲醇、二甲醚等被称为绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚(CH3OCH3)。
(1)已知1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ,请写出二甲醚燃烧热的热化学方程式____________________________________________________________________。
(2)写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式   __________________________________
(3)用合成气制备二甲醚的反应原理为:2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定条件下,该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO)]的变化曲线如下左图:

①a、b、c按从大到小的顺序排序为_________________,该反应的△H_______0(填“>”、“<”)。
②某温度下,将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如上图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是            
A. P3>P2,T3>T2        B. P1>P3,T1>T3     C. P2>P4,T4>T2        D. P1>P4,T2>T3
③在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是      
A. 正反应速率先增大后减小     B. 逆反应速率先增大后减小
C. 化学平衡常数K值减小       D. 氢气的转化率减小
④ 某温度下,将4.0molCO和8.0molH2充入容积为2L的密闭容器中,反应达到平衡时,测得二甲醚的体积分数为25%,则该温度下反应的平衡常数K=__________。

(14分)酸性KMnO4溶液能与草酸(H2C2O4)溶液反应。某探究小组利用反应过程中溶液紫色消失快慢的方法来研究影响反应速率的因素。 
Ⅰ.实验前首先用浓度为0.1000mol?L-1酸性KMnO4标准溶液滴定未知浓度的草酸。 
(1)写出滴定过程中发生反应的化学方程式为                                                   。 
(2)滴定过程中操作滴定管的图示正确的是                。
      

(3)若滴定前滴定管尖嘴处有气泡,滴定后消失,会使测得的草酸溶液浓度           (填“偏高”、“偏低”、或“不变”)。 
Ⅱ.通过滴定实验得到草酸溶液的浓度为0.2000mol·L-1 。用该草酸溶液按下表进行后续实验(每次实验草酸溶液的用量均为8mL)。

(4)写出表中a 对应的实验目的                              ;若50°C时,草酸浓度c(H2C2O4)随反应时间t的变化曲线 如下图所示,保持其他条件不变,请在图中画出25°C时c(H2C2O4)随t的变化曲线示意图。 

(5)该小组同学对实验1和3分别进行了三次实验,测得以下实验数据(从混合振荡均匀开始计时): 
分析上述数据后得出“当其它条件相同时,酸性高锰酸钾溶液的浓度越小,褪色时间就越短,即反应速率就越快”的结论。甲同学认为该小组“探究反应物浓度对速率影响”的实验方案设计中存在问题,从而得到了错误的实验结论,请简述甲同学改进的实验方案                                     ______________________。 
(6)该实验中使用的催化剂应选择MnSO4并非MnCl2,原因可用离子方程式表示为                                         

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