题目内容

14．能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1
反应II：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H2
①上述反应符合“原子经济”原则的是Ⅰ（填“I”或“Ⅱ”）．
②下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数（K）．
温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
由表中数据判断△H1＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CH3OH）=0.8mol/L，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃（从上表中选择）．
④恒温、恒容时，下列情况不能说明反应I已经达到化学平衡状态的是d．
a、容器各物质的浓度保持不变；        b、容器内压强保持不变；
c、υ（CO）消耗═1/2υ（H2）生成 　        d、容器内的密度保持不变
（2）25℃、101kPa时，燃烧16g液体甲醇生成CO2和H2O（l），放出的热量为363.26kJ，写出甲醇燃烧的热化学方程式：CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g ）═CO2（g ）+2H2O（l）△H1=-726.52 kJ/mol．
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计一个燃料电池电解Na2SO4溶液（图如下）．请根据图示回答下列问题：
①通入甲醇蒸气的电极应为负极（填写“正”或“负”），该电极上发生的电极反应是b（填字母代号）．
a.2CH3OH-12e-+3O2═2CO2+4H2O
b．CH3 OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
c．O2+2H2O+4e-═4OH-
d．O2-4e-+4H+═2H2O
②写出电极A的名称阴极．写出B电极的电极反应式4OH--4e-═O2↑+2H2O．
③当碱性甲醇燃料电池消耗3.36L 氧气时（折合为标准状况），理论上电解Na2SO4溶液生成气体的总物质的量是0.45mol．

分析 （1）①“原子经济”是指在化学品合成过程中，所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
②由表数据可知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行；
③按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CH3OH）=0.8mol/L，其物质的量为1.6mol，则：
             CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）
起始量（mol）：2       6          0
变化量（mol）：1.6     3.2        1.6
平衡量（mol）：0.4     2.8        1.6
CO转化率=$\frac{消耗CO物质的量}{CO起始物质的量}$×100%；根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，进而判断温度；
④可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）1mol甲醇燃烧放出的热量为363.26kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g/mol}$=726.52 kJ，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（3）①原电池负极发生氧化反应，反应中甲醇发生氧化反应，失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②电解池中A连接电源负极，则A为阴极，B连接电源正极，B为阳极，阳极上发生氧化反应，氢氧根离子放电生成氧气与水；
③电解池总反应为2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑，根据电子转移守恒计算氢气、氧气物质的量．

解答 解：（1）①“原子经济”是指在化学品合成过程中，所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中，分析反应可知，反应Ⅰ中原子利用率为100%，符合“原子经济”，故答案为：Ⅰ；
②由表数据可知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向放热反应，即△H1＜0，故答案为：＜；
③按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CH3OH）=0.8mol/L，其物质的量为1.6mol，则：
             CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）
起始量（mol）：2        6         0
变化量（mol）：1.6      3.2       1.6
平衡量（mol）：0.4      2.8       1.6
CO的转化率=$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%，
此时的平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$≈2.041，所以温度为250℃，
故答案为：80%；250℃；
④a．容器各物质的浓度保持不变，说明反应到达平衡，故a正确；
b．随反应进行，容器内气体物质的量进行，容器内压强减小，容器内压强保持不变，说明反应到达平衡，故b正确；
c．由方程式可知υ（CO）生成═$\frac{1}{2}$υ（H2）生成，而υ（CO）消耗═$\frac{1}{2}$υ（H2）生成，说明υ（CO）生成═υ（CO）消耗，反应到达平衡状态，故c正确；
d．混合气体总质量不变，容器容积始终不变，容器内的密度始终保持不变，故d错误，
故选：d；
（2）1mol甲醇燃烧放出的热量为363.26kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g/mol}$=726.52 kJ，热化学方程式为：CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g ）═CO2（g ）+2H2O（l）△H1=-726.52 kJ/mol，
故答案为：CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g ）═CO2（g ）+2H2O（l）△H1=-726.52 kJ/mol；
（3）①原电池负极发生氧化反应，反应中甲醇发生氧化反应，甲醇蒸气的电极应为负极，甲醇失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH3 OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O，
故答案为：负；b；
②电解池中A连接电源负极，则A为阴极，B连接电源正极，B为阳极，阳极上发生氧化反应，氢氧根离子放电生成氧气与水，阳极电极反应式为：；4 OH--4 e-═O2↑+2H2O，
故答案为：阴极；4 OH--4 e-═O2↑+2H2O；
③标况下，3.36L 氧气物质的量为$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，电解池总反应为2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑，根据电子转移守恒，生成氢气、氧气物质的量为3×0.15mol=0.45mol，
故答案为：0.45mol．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、热化学方程式书写、电化学等，是对学生综合能力考查，需要学生熟练掌握基础知识并灵活应用，难度中等．

练习册系列答案
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已知HCN(Ki=6.3×10-10)有剧毒；HCN、HOCN中N元素的化合价相同。

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5．实验室中利用下图所示装置制备纳米碳酸钙（1纳米=1×10-9m）（部分夹持装置已略去），向饱和CaCl2溶液中通入NH3和CO2可制得纳米碳酸钙

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（1）装置A中，仪器a的名称是分液漏斗，仪器b中应盛放的固体为①．（填药品序号）．装置B中盛放的溶液是⑧（填药品序号）．装置D的试管中发生反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$aCl2+2NH3↑+2H2O．
（2）如何判断所得碳酸钙颗粒是否为纳米级．将少量碳酸钙加水充分搅拌，用一束可见光照射，观察是否发生丁达尔现象，若有丁达尔现象则为纳米级，若没有丁达尔现象则不是纳米级．
（3）通入适量气体后，C装置中物质恰好完全反应，过滤，所得滤液显酸（填“酸”、“碱”、“中”之一）性．
（4）装置C中，右边的导管并未插入液面，原因是防止装置C的溶液倒吸到装置D中引起试管爆裂
（5）上述装置存在一处缺陷，该缺陷为无尾气吸收装置．
2．某化学反应 3A（g）?2B（g）+D（g），在四种不同条件下进行，B、D的起始浓度为0．反应物A 的浓度 c 随时间 t 的变化情况如下表：
实验序号01020304050
15002.01.61.31.00.80.8
2500C21.20.80.80.80.8
3500C31.71.31.01.01.0
46002.01.10.90.90.90.9
根据上述数据，完成下列填空：
（1）在实验 1，反应在10min～20min 内平均速率v（A）为0.03 mol/（L•min）
（2）在实验 2，A 的初始浓度 C22.0 mol/L，反应经 20min 就达到平衡，可推测实验 2 中还隐含的条件是使用催化剂．
（3）设实验 3 的反应速率为 v3，实验 1 的反应速率为 v1，则 v3＞v1（填＜、＞或=），且C3＞  2.0mol/L （填＜、＞或=）
（4）比较实验 4 和实验 1，可推测正反应是放热反应（填吸热或放热）．理由是温度升高，A的浓度增大，平衡向吸热方向移动
（5）该反应化学平衡常数表达式为$\frac{{c}^{2}（B）×c（D）}{{c}^{3}（A）}$．
9．Ⅰ、氯气在298K、100kPa时，在1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应．请回答下列问题：
（1）氯水久置后会变质，请分析变质的原因．（请用方程式及必要文字说明分析）氯气与水反应：H2O+Cl2?HCl+HClO，HClO不稳定分解：2HClO═2HCl+O2↑
（2）如果增大氯气的压强，氯气在水中的溶解度将增大（填“增大”“减小”或“不变”）
Ⅱ、在2L恒容的密闭容器中，加入4mol SO3（g），在某温度下使其反应，反应至4min时，氧气的浓度为0.5mol/L，当反应到8min时，反应到达平衡．
（1）0min～4min内生成O2的平均速率：v（O2）=0.125mol/（L•min）．
（2）若8分钟达到平衡时，测得SO3浓度为0.04mol/L．若起始时按下表数据投料，相同温度下达到平衡时，三氧化硫浓度大于0.04mol/L的是BD
ABCD
SO30mol4mol2mol0mol
SO24mol1.5mol0mol4mol
O22mol0mol0mol4mol
19．磷酸铁（FePO4•2H2O，难溶于水的米白色固体）可用于生成药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料，实验室可通过下列实验制备磷酸铁．
（1）钢铁锈蚀是目前难以解决的现实问题，电化学腐蚀最为普遍．写出在潮湿空气中钢铁发生吸氧锈蚀时正极的电极反应式：O2+4e-+2H2O═4OH-．铁锈的主要成分是Fe2O3（填写化学式），将生锈的铁屑放入H2SO4溶液中充分溶解后，在溶液中并未检测出Fe3+，用离子方程式说明原因：Fe+2Fe3+=3Fe2+．
（2）称取一定量已除去油污的废铁屑，加入稍过量的稀硫酸，加热、搅拌，反应一段时间后过滤，反应加热的目的是加快Fe和稀硫酸的反应速率．
（3）向滤液中加入一定量H2O2氧化Fe2+．为确定加入H2O2的量，需先用K2Cr2O7标准溶液滴定滤液中的Fe2+，离子方程式如下：
Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O．
①在向滴定管注入K2Cr2O7标准溶液前，滴定管需要检漏、用蒸馏水洗和用标准液润洗2-3次，应选用酸式滴定管．
②若滴定xmL滤液中的Fe2+，消耗amol•L-1 K2Cr2O7标准溶液bmL，则滤液中c（Fe2+）=$\frac{6ab}{x}$ mol•L-1
③为使滤液中的Fe2+完全被H2O2氧化，下列实验条件控制正确的是A、B（填序号）．
A．加入适当过量的H2O2溶液         B．缓慢滴加H2O2溶液并搅拌
C．加热，使反应在较高温度下进行   D．用氨水调节pH=7．
6．孔雀石的主要成分为Cu2（OH）2CO3（难溶），还含少量Fe2O3、SiO2．实验室以孔雀石为原料制备CuCl2•3H2O及CaCO3的步骤如下：

（1）写出孔雀石和盐酸反应的离子方程式Cu2（OH）2CO3+4H+=2Cu2++CO2↑+3H2O．
（2）滤渣A成分的化学式是SiO2，气体B的分子式是NH3．
（3）将CuCl2溶液酸化后，经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到CuCl2•3H2O晶体．
（4）某种胃药片的治酸剂为CaCO3，该药片中CaCO3质量分数的测定步骤如下（假设其他成分不发生反应）：
a．配制0.1mol•L-1的HCl溶液和0.1mol•L-1的NaOH溶液各250mL．
b．取0.6g磨碎后的胃药于锥形瓶中．
c．向锥形瓶内加入75.00mL 0.1mol•L-1的HCl溶液充分反应．
d．用0.1mol•L-1的NaOH溶液滴定剩余盐酸，至达到滴定终点．
①配制上述NaOH溶液所用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外还有胶头滴管、250mL容量瓶．
②若滴定中NaOH溶液的用量为15.00mL，则胃药中碳酸钙的质量分数为50%．
3．下列化学用语的表达或使用正确的是（　　）
A．白磷的分子式：PB．次氯酸的结构式：H-Cl-O
C．氟离子的结构示意图：D．过氧化氢的电子式：
4．根据反应3Cu+8HNO3（稀）═3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，回答下列问题：
（1）还原剂是Cu，还原产物是NO
（2）氧化剂与还原剂的物质的量之比是2：3
（3）用双线桥标上电子转移的方向和数目．

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