题目内容

【题目】“一碳化学”是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。发展“一碳化学”,开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值。下面是以焦炭为原料,经“一碳化学”途径制取乙二醇的过程:

(1)在容积为2L的密闭容器中,由CO和H2合成乙醇的反应为

2CO(g)+ 4H2(g)CH3CH2OH(g)+ H2O(g),在其他条件不变的情况下,CO的转化率随温度的变化如图所示(注:T1、T2均大于280℃):

①根据上图可推知该反应ΔH_________0(填“>”、“<”或“=”)。

②该反应的平衡常数表达式为____________,降低温度平衡常数将_____(填“变大”、“变小”或“不变”)。

③下列说法中能判断该反应达到化学平衡状态的是_________(选填编号)。

a.容器中的压强不变 b.混合气体的密度不再变化

c.v(CO)=2v(H2O) d.混合气体的平均相对分子质量不再变化

(2)草酸二甲酯水解产物草酸(H2C2O4)为二元中强酸

①用离子方程式解释KHC2O4溶液显酸性的原因:_______________

②向0.1mol/L的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性,此时溶液里各粒子浓度关系正确的是________(填序号)。

a.c(K+)=c(HC2O4-)+c(H2C2O4)+c(C2O42-

b.c(K+)+c(Na+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-

c.c(Na+)=c(H2C2O4)+c(C2O42-

d.c(K+)>c(Na+

(3)CH3OH(l)气化时吸收的热量为27kJ/mol,CH3OH(g)的燃烧热为677kJ/mol,请写出CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式______________________________。以甲醇为原料,使用酸性电解质构成燃料电池,该燃料电池的负极反应式为_____________

【答案】 K= 变大 a c d HC2O4- H++C2O42-HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-因为电离程度大于水解程度所以呈酸性 a d CH3OHl+ 2 O2g=CO2g+2H2OlH=-650kJ/mol CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+

【解析】(1) 根据上图可知,T2达到平衡时间较短,反应速率较快,温度较高,T2条件下CO的转化率较T1的低,则温度越高,转化率越低,可推知对于反应2COg+ 4H2g CH3CH2OHg+ H2O(g)升高温度,平衡向该反应逆反应方向移动,ΔH0②根据反应2COg+ 4H2g CH3CH2OHg+ H2O(g)可得平衡常数表达式为K=,降低温度,平衡向正反应方向移动,生成物的浓度增大,反应物的浓度降低,则平衡常数将变大a.该反应正反应方向为气体体积减小的方向,反应未达平衡时,容器中压强始终会变化,当压强不变时,说明反应到达平衡,选项a正确 b反应在在容积为2L的密闭容器中,反应物都为气体,气体的总质量不变,容器的体积始终不变,则密度始终不变,不能说明反应到达平衡,选项b错误; c.根据反应可知,自始至终vCO=2vH2O),若vCO=2vH2O),则vH2O=vH2O),说明反应到达平衡,选项c正确; d该反应只有气体参加且正反应方向为气体体积减小的方向,根据M(平)=反应未达平衡时,混合气体的平均相对分子质量不始终变化,混合气体的平均相对分子质量不变则说明反应到达平衡状态选项d错误;答案选:acd(2)KHC2O4溶液中存在电离平衡:HC2O4- H++C2O42- 水解平衡:HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-,溶液显酸性表明它的电离程度大于水解程度,所以呈酸性;②a.根据物料守恒可得c(K+) = c(HC2O4-) + c(H2C2O4) + c(C2O42-),选项a正确; b.根据电荷守恒可得c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) +2 c(C2O42-),选项b错误;c.由物料守恒:c(K+) = c(HC2O4-) + c(H2C2O4) + c(C2O42-),电荷守恒:c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) +2 c(C2O42-),由电荷守恒式子减去物料守恒式子可得:c(Na+) = c(C2O42-) -c(H2C2O4) ,选项c错误;d.若加入的NaOH与KHC2O4恰好反应c(K+) = c(Na+)。此时溶液呈碱性,故加入的NaOH的物质的量要比KHC2O4少,所以c(K+) > c(Na+),选项d正确。答案选ad;(5)CH3OH(l)气化时吸收的热量为27kJ/mol,CH3OH(g)的燃烧热为677kJ/mol,则CH3OH(l)的燃烧热为677kJ/mol-27kJ/mol=650 kJ/mol,故CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式为:CH3OHl+ 2 O2g=CO2g+2H2OlH=-650kJ/mol;总反应式为2CH3OH+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O,正极是还原反应,氧气在正极放电,酸性条件下获得电子生成水,正极电极反应式为:3O2+12H++12e-=6H2O,总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式为:2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+,即CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+

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