题目内容
【题目】(14分)工业上可由天然气为原料制备甲醇,也可由水煤气合成甲醇。
(1)已知2CH4(g)+O2(g)=2CO2(g)+4H2(g) △H=akJ/mol
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=bkJ/mol
试写出由CH4和O2制取甲烷的热化学方程式:___________________。
(2)还可以通过下列反应制备甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。图甲是反应时CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间t的变化情况。从反应开始到平衡,用CO表示平均反应速率v(CO)=____________,该反应的平衡常数表达式为______________。
(3)在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H2,CO的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如乙图所示.
①下列说法不能判断该反应达到化学平衡状态的是___________。(填字母)
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的体积分数不再改变
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
D.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小PA___________PB(填“>、<、=”)。
③若达到化学平衡状态A时,容器的体积为20L.如果反应开始时仍充入10molCO和20molH2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=___________L。
(4)以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极)。
①若KOH溶液足量,则电池负极反应的离子方程式为_____________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为1.0mol,当有0.75mol甲醇参与反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是______________。
【答案】(除特殊标注外,每空2分,共14分)
(1)2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol
(2)0.075mol·L1·min1(1分)
(3)①AC ②<(1分) ③4
(4)①CH3OH6e+8OH=CO32-+6H2O ②c(K+)> c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH)>c(H+)
【解析】
试题分析:(1)已知①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=a KJ/mol,②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=b KJ/mol,则根据盖斯定律可知①+②×2可得到2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol;
(2)用甲醇表示的反应速率v=0.75mol/L÷10min=0.075mol/(Lmin),CO表示的反应速率等于用甲醇表示的反应速率,即0.075mol/(Lmin);化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据方程式可知平衡常数表达式为。
(3)①A.氢气的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍,不能说明正逆反应速率相等,不一定平衡,A错误;B.氢气的体积分数不再改变是化学平衡的特征,达到了平衡,B正确;C.体系中氢气的转化率和CO的转化率相等,不能说明正逆反应速率相等,不一定平衡,C错误;D.体系中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值,物质的量变化,质量不变,所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变,证明达到了平衡,D正确,答案选AC。
②正反应方向为气体体积减小的方向,T1℃时比较CO的转化率,转化率越大,则压强越大,图象中PB转化率大于PA,可知PA<PB;
③利用A点可得平衡常数K=,温度不变,平衡常数不变。A、B两容器温度相同,即化学平衡常数相等,且B点时CO的转化率为0.8,
则 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始(mol):10 20 0
转化(mol):8 16 8
平衡(mol):2 4 8
设体积为VL,则有K==4
解得V=4L
(4)①燃料电池得负极甲醇失去电子,碱过量,则负极方程式为CH3OH6e+8OH=CO32-+6H2O。
②当有0.75mol甲醇参与反应时,产生的二氧化碳是0.75mol,和1mol氢氧化钾反应,根据元素守恒可以计算n(K2CO3)=0.25mol,n(KHCO3)=0.5mol,二者的水溶液均为碱性,所以溶液中离子浓度大小顺序为c(K+)> c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH)>c(H+)。
【题目】炼锌厂的铜镉废渣中含有铜、锌、镉、铁、砷等元素,其含量依次减少。对这些元素进行提取分离能减少环境污染,同时制得ZnSO4·7H2O实现资源的再利用。其流程图如下。已知FeAsO4难溶于水;ZnSO4·7H2O易溶于水,难溶于酒精。
金属离子 | Fe3+ | Zn2+ | Mn2+ | Cu2+ | Cd2+ |
开始沉淀pH | 2.7 | 6.5 | 7.7 | 5.2 | 6.9 |
沉淀完全pH | 3.2 | 8.0 | 9.8 | 6.4 | 9.4 |
请回答下列问题:
(1)提高浸出率可以采用的方法是(写出其中一点即可)______________。
(2)滤液I中有少量的AsO33-,若不除去,则AsO33-与Cd反应会产生一种有毒氢化物气体,该气体的分子式为_________。向滤液I中逐滴滴人酸性KmnO4溶液可与AsO33-发生反应生成FeAsO4,完成该反应的离子方程式:_________
___Fe2++___AsO33-+___MnO4-+ □= Mn2++ FeAsO4↓+ □,判断该滴定终点的现象是_______。
(3)流程中②调节pH时可以选用的试剂为________,滤渣Ⅱ的主要成份为________。
(4)常温下Zn(OH)2的溶度积Ksp=_____________________。
(5)制得的ZnSO4 7H2O需洗涤,洗涤晶体时应选用试剂为________________。