题目内容

(Ⅰ)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H

已知某些化学键的键能数据如下表:

化学键

C—C

C—H

H—H

C—O

C≡O

H—O

键能/kJ·mol1

348

413

436

358

1072

463

 

请回答下列问题:

(1)已知CO中的C与O之间为叁键连接,该反应的△H=               

(2)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH2,加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在250°C开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:

反应时间/min

0

5

10

15

20

25

压强/MPa

12.6

10.8

9.5

8.7

8.4

8.4

 

则从反应开始到20min时,以CO表示的平均反应速率=       ,该温度下平衡常数K=      ,若升高温度则K值       (填“增大”、“减小”或“不变”);

(3)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是       

A.2v(H2)=v(CH3OH)

B.容器内气体的平均摩尔质量保持不变

C.容器中气体的压强保持不变

D.单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2

(Ⅱ)回答下列问题:

(1)体积均为100ml pH=2的CH3COOH与一元酸HX,加水稀释过程中pH与溶液体积的关系如图所示,则Ka(HX) ______ Ka(CH3COOH)(填>、<或=)

(2)25℃时,CH3COOH与CH3COONa的混合溶液,若测得pH=6,则溶液中C(CH3COO)-c(Na+)=____________mol·L-1(填精确值)。

 

【答案】

Ⅰ(1)-116 KJ/mol     (2)0.0125mol/(L·min);   4;  减小。   (3)B C 

Ⅱ(1)>   (2)9.9×107

【解析】

试题分析:Ⅰ(1)△H=(1072+2×436-3×413-358-463)KJ/mol =-116 KJ/mol。(2)在恒温、恒压下,P1:P2=n1:n2.12.6:8.4=3:X解得X=2. CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g) 在反应开始时n(CO)= 1mol; n(H2) =2mol;n(CH3OH)=0mol.假设反应消耗CO的物质的量为a,则20min时n(CO)=(1-a)mol; n(H2)= (2-2a)mol; n(CH3OH)=amol. (1-a)+(2-2a)+a=2.解得a=0.5mol.所以V(CO)=△C/△t=0.5mol÷2L÷20min= 0.0125mol/(L·min) . 该温度下平衡常数K=C(CH3OH)÷{C(CO)·C(H2)}= (0.5÷2)÷{(0.5÷2)×(1÷2)2}=4. 由于该反应的正反应是放热反应。升高温度,化学平衡向吸热反应方向即逆反应方向移动。所以化学平衡常数减小。(3)A.若反应达到平衡,则v(H2)v(CH3OH)=2:1;而A选项的则为v(H2)v(CH3OH) =1:2 。不相等。未达到平衡。B. 该反应是个反应前后气体体积不等的反应,若达到平衡,则气体的物质的量不变。平均摩尔质量也不变。正确。C.该反应是个反应前后气体体积不等的反应,若达到平衡,则气体的物质的量不变。由于容器的容积不变,所以容器中气体的压强保持不变 。正确。D.无论反应是否达到平衡,在任何时刻,每生成nmolCO的必同时生成2nmolH2。错误。故正确选项为B、C。Ⅱ(1)当溶液稀释时溶液的酸性越强,PH变化就越大。故Ka(HX) >Ka(CH3COOH)。(2)由于溶液呈电中性,所以C(Na+)+C(H+)=C(OH-)+C(CH3COO-).25℃时,Kw=10-14,CH3COOH与CH3COONa的混合溶液的pH=6,C(H+)=10-6,则C(OH-)=Kw/ C(H+)=10-14÷10-6=10-8。则溶液中C(CH3COO)-c(Na+)= C(H+)- C(OH-)=10-6-10-8=9.9×107(mol/L).

考点:考查反应热、化学反应速率、平衡常数的计算及外界条件对化学平衡的影响、离子浓度比较的知识。

 

练习册系列答案
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甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO (g)+2H2(g)?CH3OH (g)△H1  (反应1)该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力,已知下列物质燃烧的热化学方程式为:
CO(g)+
1
2
 O2(g)═CO2(g)△H2=-283.0kJ/mol         (反应2)
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H3=-484kJ?mol-1        (反应3)
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H4=-571.6KJ?mol-1(反应4)
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H5=-890KJ?mol-1(反应5)
某些化学键的键能数据如下表:
化学键 C-C C-H H-H C-O C≡O(CO) H-O
键能/kJ?mol-1 348 413 436 358 1072 463
请回答下列问题:
(1)反应1的焓变△H1=
-116kJ/mol
-116kJ/mol

(2)写出表示CH3OH (g)燃烧热的热化学方程式
CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.6KJ/mol
CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.6KJ/mol

(3)工业上制备甲醇反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?
(填“是”或“否”),原因是
催化剂不能改变化学反应始态和终态的能量
催化剂不能改变化学反应始态和终态的能量

(4)如将CO2与H2以1:4的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4.写出CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-253.2KJ?mol-1
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-253.2KJ?mol-1
(2010?浙江)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO (g)+2H2(g)?CH3OH (g)△H1(反应1)该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力,已知这两种物质燃烧的热化学方程式为:CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)
△H2=-283kJ?mol-1(反应2)H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(g)
△H3=-242kJ?mol-1(反应3)
某些化学键的键能数据如下表:
化学键 C-C C-H H-H C-O C≡O H-O
键能/kJ?mol-1 348 413 436 358 1072 463
请回答下列问题:
(1)反应1的焓变△H1=
-116kJ?mol-1
-116kJ?mol-1

(2)CH3OH (g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为:CH3OH(g)+
3
2
O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H4    该反应的焓变△H4=
-651kJ?mol-1
-651kJ?mol-1
.与CO和H2相比,甲醇作为汽车动力燃料的优点是
单位体积供能多,密度大易于运输;单位产能耗氧量较少
单位体积供能多,密度大易于运输;单位产能耗氧量较少

(3)反应1的平衡常数表达式为
K=
c(CH3OH)
c(CO)×c2(H2)
K=
c(CH3OH)
c(CO)×c2(H2)
.为提高甲醇的产率,可以采取的措施有
降低温度、增加反应气体的压力、将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去.
降低温度、增加反应气体的压力、将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去.
(写出3点).既能提高产率,又能提高反应速率的措施是
增加反应气体的压强
增加反应气体的压强

(4)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,该燃料电池的电池反应式为:CH3OH(l)+
3
2
O2(g)═CO2(g)+2H2O(l).其工作原理如示意图:

①在图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称(或化学式)
②负极的电极反应式为
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
甲醇是一种新型燃料,甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产.工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-116kJ?mol-1
(1)一定温度下,将2mol CO和一定量H2充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是
 

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若在相同温度下,上述反应改在体积为2L的恒容密闭容器中进行,平衡常数
 
(填“增大”“不变”或“减小”);反应10s后CO的物质的量为l.2mol,则0~10s的平均反应速率v(H2)=
 

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(2)在容积为2L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律.如图1是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为2mol)与CO平衡转化率的关系.
请回答:
①在上述三种温度中,曲线X对应的是
 

②利用图1中a点对应的数据,计算出曲线Z在对应温度下CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的平衡常数K=
 

(3)已知:CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g);△H2=-283kJ?mol-1
H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJ?mol-1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为
 

(4)乙醇燃料电池具有很高的实用价值.如图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测.则该电池的负极反应式为
 

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