题目内容

9．甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用．工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：
ⅠCH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1
ⅡCO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1
Ⅱ2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H3=-566.0kJ•mol-1
（1）用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1．
（2）某温度下，向4L恒容密闭容器中通入6mol CO2和6mol CH4，发生反应（i），平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$，则此温度下该反应的平衡常数K=1，CH4的转化率为33.3%．
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：CH3OH（g）+CO（g）?HCOOCH3（g）
  科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是4.0×106Pa（填“3.5×106Pa““4．O×106Pa“或“5.0×106Pa”）．
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低．
（4）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔．图3为“镁-次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金．
①E为该燃料电池的负极（填“正”或“负”）．F电极上的电极反应式为ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-．
②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学用语解释其原因Mg+2H2O═Mg（OH）2+H2↑．
（5）乙醛酸（HOOC-CHO）是有机合成的重要中间体．工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图4所示，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两级室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸．
①N电极上的电极反应式为HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O．
②若有2molH+通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为2mol．
（6）常温下用惰性电极电解200mLNaCl、CuSO4的混合溶液，所得气体的体积随时间变化如图5所示，根据图5中信息回答下列问题．（ 气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化）
①曲线II （填Ⅰ或Ⅱ）表示阳极产生气体的变化；
②NaCl的物质的量浓度为0.1mol/L．CuSO4的物质的量浓度为0.1mol/L．
③t2时所得溶液的pH为1．

分析 （1）根据盖斯定律将（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）计算书写热化学方程式；
（2）根据平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$，利用三段式计算出平衡时各组分的含量，计算平衡常数和转化率；
（3）①依据转化率曲线分析判断；②图象分析速率随温度变化的趋势分析回答；
（4）①原电池中失电子的为负极；正极上ClO-得电子生成氯离子；②Mg的活泼性较强能与水反应生成氢气；
（5）①N电极上HOOC-COOH得电子生成HOOC-CHO；②2mol H+通过质子交换膜，则电池中转移2mol电子，根据电极方程式计算；
（6）本题的关健是对图象的解读．刚开始时阴极Cu2+得电子，无气体放出，Cu2+反应完溶液中的H+放电，Ⅰ是H2，阳极先是溶液中的Cl-放电，反应完后溶液中的OH-放电，电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，阳极发生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极发生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，计算时抓住电子守恒．

解答 解：（1）根据（Ⅰ）CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1
（Ⅱ）CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1
（Ⅲ）2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H3=-566.0kJ•mol-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H，故△H=2△H1+2△H2+△H3=（+247.3kJ•mol-1）×2+（-90.1kJ•mol-1）×2+（-566.0kJ•mol-1）=-251.6kJ•mol-1，所以用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1，故答案为：2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1；
（2）CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）
起始（mol） 6        6        0         0
变化（mol） x       x         2x        2x
平衡（mol）6-x      6-x       2x         2x
平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$，所以6-x=2x，解得x=2，
则此温度下该反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（C{O}_{2}）}=\frac{{1}^{2}×{1}^{2}}{1×1}$=1，
CH4的转化率为$\frac{2}{6}$=33.3%，故答案为：1；33.3%；
（3）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率变化最大的是4.0×106Pa，故答案为：4.0×106Pa；
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，
故答案为：高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低；
（4）①“镁-次氯酸盐”燃料电池中失电子的为负极，则Mg为负极；正极上ClO-得电子生成氯离子，则正极的电极反应式为：ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-；故答案为：负；ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-；
②Mg的活泼性较强能与水反应生成氢气，其反应为：Mg+2H2O═Mg（OH）2+H2↑，故答案为：Mg+2H2O═Mg（OH）2+H2↑；
（5）①N电极上HOOC-COOH得电子生成HOOC-CHO，则电极反应式为HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O，故答案为：HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O；
②2mol H+通过质子交换膜，则电池中转移2mol电子，根据电极方程式HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O，可知生成1mol乙醛酸，由于两极均有乙醛酸生成所以生成的乙醛酸为2mol；故答案为：2；
（6）①电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，阳极发生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极发生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，所以阳极上先产生气体，曲线Ⅱ表示阳极产生气体的变化，故答案为：Ⅱ；
②结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系①由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl--2e-=Cl2↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
由t2时生成氧气为112mL，n（O2）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根据电子守恒及Cu2++2e-=Cu可知，n（CuSO4）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，所以c（CuSO4）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
故答案为：0.1mol/L；0.1mol/L；
③由t2时4OH--4e-=O2↑+2H2O～4H+，n（H+）=0.005mol×4=0.02mol，则溶液的c（H+）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，pH=1，故答案为：1．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、热化学方程式的计算书写、化学平衡的计算、图象分析判断以及电化学的知识等，注意掌握基础知识的掌握，题目难度中等．

练习册系列答案
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19．已知同一碳原子连有两个羟基不稳定：．有机物是选择性内吸传导性除草剂，俗称稗草烯，主要用于水稻田防除稗草，温度和湿度对药效影响大，温度高、湿度大药效发挥快．下列有关该有机物的说法不正确的是（　　）
A．属于卤代烃，能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色
B．该物质既有对映异构，也有顺反异构
C．在碱性条件下充分水解，可生成羧酸盐
D．1mol 该物质在一定条件下可与4molH2发生加成反应
20．在2008年初我国南方遭遇的冰雪灾害中，使用了一种融雪剂，其主要成分的化学式为XY2，X、Y为周期表前20号元素，其阳离子和阴离子的电子层结构相同，且1molXY2含有54mol电子．
（1）该融雪剂的化学式是CaCl2；用电子式表示该物质形成．
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17．（1）在一固定容积的密闭容器中进行着如下反应：
CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g） 其平衡常数K和温度t的关系如下：
t℃70080085010001200
K2.61.71.00.90.6
（a）该反应平衡常数K的表达式为：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；
（b）当温度为850℃，在2L密闭容器中通入1.0mol CO2和1.0mol H2，则平衡后，CO2的转化率为50%．
（2）在微生物作用的条件下，NH4+经过两步反应被氧化成NO3-．这两步的能量变化示意图如下：

（a）第二步反应是放热反应（选填“放热”或“吸热”）
（b）1molNH4+（aq）全部氧化成NO3-（aq）的热化学方程式是NH4+ （aq）+2O2（g）═NO3- （aq）+2H+（aq）+H2O（l）△H=-346 kJ/mol．
（3）已知：
化学式电离平衡常数
HCNK=4.9×10-10
H2CO3K1=4.3×10-7、K2=5.6×10-11
①25℃时，测得HCN和NaCN的混合溶液的pH=11，则c（HCN）/c（CN-）=2.0×10-2．
②向NaCN溶液中通入少量CO2，则发生反应的离子方程式为：CN-+CO2+H2O=HCN+HCO3-．
（4）已知：Ksp（CaCO3）=4.96×10-9，不考虑其它因素影响，现将0.40mol/L的Na2CO3溶液和0.20mol/L的CaCl2溶液等体积混合，则混合后溶液中Ca2+浓度为4.96×10-8mol/L．
4．下列离子或分子在溶液中能大量共存的是（　　）
A．K+．Al3+．Cl-．NO3-B．K+．Fe3+．Cl-．SiO32-
C．H+．Fe2+．SO42-．Br2D．K+．Ag+．NH3•H2O．NO3-
14．向硫酸铜溶液中通入足量NH3后可得到深蓝色溶液[溶质为Cu（NH3）4SO4]，再向所得溶液通入SO2至溶液呈微酸性发现有白色沉淀Q生成，反应方程式为：①2Cu（NH3）4SO4+3SO2+4H2O=2NH4CuSO3↓+3（NH4）2SO4．再将Q与足量的10mol/L硫酸混合微热，则会发生如下反应：②2NH4CuSO3+2H2SO4=Cu+（NH4）2SO4+2SO2+CuSO4+2H2O．对上述两个反应的有关分析中正确的是（　　）
A．①是非氧化还原反应，而②是氧化还原反应
B．上述反应中SO2的作用只相当于催化剂
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D．反应①中SO2发生还原反应
1．有A、B、C、D、E五种原子序数依次增大的元素（原子序数均小于30）．A的基态原子2p能级有3个单电子；C的基态原子2p能级有1个单电子；E原子最外层有1个单电子，其次外层有3个能级且均排满电子；D与E同周期，价电子数为2．则：
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（3）A、B、C 3种元素的第一电离能由大到小的顺序为F＞N＞O（用元素符号表示）．
（4）写出基态E原子的价电子排布式：3d104s1．
（5）A的最简单氢化物分子的空间构型为三角锥形，其中A原子的杂化类型是sp3．
（6）C和D形成的化合物的晶胞结构如图所示，已知晶体的密度为ρ g•cm-3，阿伏加德罗常数为NA，求晶胞边长a=$\root{3}{\frac{312}{ρ•{N}_{A}}}$cm．（用ρ、NA的计算式表示）
18．当归素是一种治疗偏头痛的有效新药．以下是某研究小组开发的生产当归素的合成路线．

已知：①A的相对分子质量为104.1molA与足量的碳酸氢钠反应生成44.8L气体（标准状况）；
②B的结构中含有醛基；
③C在一定条件下生成有机酸D；
④RCHO+HOOC-CH2COOH→RCH=C（COOH）2+H2O
RCH=C（COOH）2 $\stackrel{催化剂}{→}$RCH=CHCOOH+CO2↑
请回答下列问题：
（1）A的分子式是C3H4O4，B的结构简式为．
（2）C可能发生的反应是AD（填字母）．
A．氧化反应   B．水解反应   C．消去反应   D．酯化反应
（3）反应②的化学方程式为．
（4）E的名称为碳酸氢钠．
（5）符合下列条件的D的同分异构体共有4中，其中在核磁共振氢谱中只出现五组的物质的结构简式为．
①苯环上只有两个取代基；    
②苯环上的一氯代物只有两种；
③1mol该同分异构体与足量的碳酸氢钠反应生成2mol CO2．
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A．A═B的反应热△H=+（E2-E1）KJ/molB．三种化合物中C最稳定
C．C═B 是放热反应D．整个反应中△H=E1-E4

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