题目内容
【题目】CH3OH是一种无色有刺激性气味的液体,在生产生活中有重要用途,同时也是一种重要的化工原料。
(1)已知CH3OH(g)+O2(g) CO2(g)+2H2(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是________(填字母)。
a.CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程
b.H2的生成速率与CH3OH的消耗速率之比为1∶2
c.化学变化不仅有新物质生成,同时也一定有能量变化
d.1 mol H—O键断裂的同时2 mol C=O键断裂,则反应达最大限度
(2)某温度下,将5 mol CH3OH和2 mol O2充入2 L的密闭容器中,经过4 min反应达到平衡,测得c(O2)=0.2 mol·L-1,4 min内平均反应速率v(H2)=________,则CH3OH的转化率为_______________。
(3)CH3OH燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一,这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成。则下列说法正确的是________(填序号)。
①电池放电时通入空气的电极为负极
②电池放电时,电解质溶液的碱性逐渐减弱
③电池放电时每消耗6.4 g CH3OH转移1.2 mol电子
(4)写出CH3OH燃料电池在酸性条件下负极的反应式______________
【答案】cd 0.8mol/(L·min) 64% ②③ CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+
【解析】
(1)由图可知,反应物总能量小于生成物总能量,反应为放热反应,结合化学反应的本质和平衡的特征分析判断;
(2)某温度下,将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中,经过4min反应达到平衡,测得c(O2)=0.2molL-1,则氧气的浓度变化量为:-0.2mol/L=0.8mol/L,再根据三段式分析计算;
(3)CH3OH燃料电池中通入燃料甲醇的电极为负极,通入空气的电极为正极,结合电解质溶液为氢氧化钾分析判断;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,酸性条件下生成CO2,据此书写电极反应式。
(1)a.由图可知,反应物总能量小于生成物总能量,为放热反应,故a错误;b.速率之比等于其化学计量数之比,H2的生成速率与CH3OH的消耗速率之比为2∶1,故b错误;c.化学变化的本质是旧的化学键断裂,原子总组合生成新物质,形成新的化学键,化学变化不仅有新物质生成,同时也一定有能量变化,故c正确;d.1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂,分别表示正、逆反应速率,等于化学计量数之比,正逆反应速率相等,反应到达平衡,故d正确;故答案为:cd;
(2)某温度下,将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中,经过4min反应达到平衡,测得c(O2)=0.2molL-1,则氧气的浓度变化量为:-0.2mol/L=0.8mol/L,
CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)
起始浓度(mol/L):2.5 1 0 0
变化浓度(mol/L):1.6 0.8 1.6 3.2
平衡浓度(mol/L):0.9 0.2 1.6 3.2
故v(H2)==0.8mol/(L·min),CH3OH的转化率=
×100%=64%,故答案为:0.8mol/(L·min);64%;
(3)①CH3OH燃料电池中通入燃料甲醇的电极为负极,通入空气的电极为正极,故①错误;②电池放电时负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子,负极电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O,电解质溶液的碱性逐渐减弱,故②正确;③6.4gCH3OH的物质的量为=0.2mol,碱性条件下,CH3OH为氧化为CO32-,转移电子为0.2mol×6=1.2mol,故③正确;故答案为:②③;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,酸性条件下生成CO2,根据电荷守恒可知,有氢离子生成,负极电极反应式为:CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+,故答案为:CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+。
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【题目】二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,以CO和H2为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应:
(1)该工艺的总反应为3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=_________,化学平衡常数K=______________(用含K1、K2、K3的代数式表示)。
化学反应方程式 | 化学平衡常数 | |
①CO(g)+2H2(g) | ΔH1=-99 kJmol-1 | K1 |
②2CH3OH(g) | ΔH2=-24 kJmol-1 | K2 |
③CO(g)+H2O(g) | ΔH3=-41 kJmol-1 | K3 |
(2)某温度下,将8.0molH2和4.0molCO充入容积为2L的密闭容器中,发生反应:4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+H2O(g),10 分钟后反应达平衡,测得二甲醚的体积分数为25%,则用H2表示的反应速率为_________,CO的转化率为________。
(3)下列措施中,能提高CH3OCH3产率的有________。
A.分离出二甲醚 B.降低温度 C.改用高效催化剂D.增大压强
(4)该工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率,原因是________________。