题目内容

(16分)甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H2反应生产CH3OH,并开发出甲醇燃料电池。
(1)已知:CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)     △H=-283.0 kJ·mol-1
2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)   △H=-1453.0 kJ·mol-1
则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为                    
(2)工业上常利用反应CO(g)+2H2(g)≒CH3OH(g)  △H<0合成甲醇,在230℃~270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比,分别在230℃、250℃和270℃进行实验,结果如图。

图11

 
230℃的实验结果所对应的曲线是      (填字母);该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H2):n(CO) 的比值范围是        (填字母)。

A.1~1.5        B.2.5~3      C.3.5~4.5
(3)制甲醇所需要的氢气,可用下列反应制取:H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g) △H<0,某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题:
①该温度下,若起始时c(CO)="1" mol·L-1c(H2O)="2" mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.5 mol·L-1,则此时该反应v(正)       v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
②若降低温度,该反应的K值将       (填“增大”、“减     小”或“不变”)。
(4)某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时,OH     极移动(填“a”或“b”)。
②工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池负极反应式为                        ,电池总反应的离子方程式为                    
(1)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-443.5kJ·mol-1
(2)X ;  B  (3)① >  ② 增大 
(4)① b   ② CH3OH - 6e-+ 8OH=CO32 + 6H2O
2CH3OH + 3O2 + 4OH=2CO32 + 6H2O
(1)考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)和反应②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)可知,②-①×2即得到2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l),所以反应热是-1453.0kJ/mol+283.0 kJ/mol×2=-887 kJ/mol。
(2)因为反应是放热反应,所以温度越高,转化率越低。因此根据图像可判断曲线X表示的是230℃。同样根据图像可判断,n(H2):n(CO) 的比值范围在2.5~3时,转化率最高,所以答案选B。
(3)①根据方程式可知当氢气浓度是0.5mol/L时,生成物CO2的浓度也是0.5mol/L。消耗水蒸气和CO的浓度都是0.5mol/L,则剩余水蒸气和CO的浓度分别是0.5mol/L和1.5mol/L。此时<1,所以反应向正反应方向移动,即正反应速率大于逆反应速率。
②正反应是放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。
(4)原电池中负极失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。在该燃料电池中,正极通入氧气,负极通入甲醇,所以a是正极,b是负极。电解质是碱性溶液,所以负极电极反应式为CH3OH - 6e-+ 8OH=CO32 + 6H2O,电池总反应式为2CH3OH + 3O2 + 4OH=2CO32 + 6H2O。
练习册系列答案
相关题目
(共10分)二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用焦炭与水蒸气在高温下的反应产物(水煤气)合成二甲醚。请回答下列问题:
(1)、制水煤气的主要化学反应方程式为:                   
(2)、煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的化学方程式为:                          
(3)、利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
  ① 2H2(g)CO(g)CH3OH(g)90.8 kJ
  ② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)23.5 kJ
  ③ CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)41.3 kJ
  总反应:3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)Q,其中Q     kJ;
  一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是
     (填字母代号)。
a.低温高压                b.加入催化剂            c.减少CO2的浓度     d.增加CO的浓度
(4)、已知某温度下反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)在一密闭容器中进行到10min时恰好达平衡,测得各组分的浓度如下:
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/(mol·L)
0.44
0.6
0.6
  比较此时正、逆反应速率数值(单位相同)的大小:(甲醇)   (水)(填“>”、“<”或“=”)。
  反应开始时(CH3OH)      
  该时间内的平均反应速率(CH3OH)     
  该温度下反应的平衡常数值为     。(精确到0.01)
(17分)I.工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法:

将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如下图所示(实线)。图中数据a(1,6)表示:在1 min时H2的物质的量是6 mol。

(1)a点正反应速率            (填“大于”“等于”或“小于”)逆反应速率。其化学平衡常数K=            
(2)下列时间段平均反应速率最大的是                     
A.O~1 minB.1~3 minC.3~8 minD.8~11 min
(3)仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。曲线I对应的实验条件改变是               ,曲线Ⅱ对应的实验条件改变是                 ,体积不变再充入3molCO2和4 mol H2,H2O(g)的体积分数                 (填“增大”“不变”或“减小”)
Ⅱ.某实验小组欲探究反应速率与温度的关系,现有1mol/L的KI溶液、0.1mol/L的H2S04溶液、淀粉溶液,则实验时这几种试剂的加入顺序为:KI溶液、                                   
反应的方程式为                             
Ⅲ. 粗镍样品中含Fe、Zn、Ag、Cu等四种金属杂质,为获得高纯度的镍,某兴趣小组同学拟用铅蓄电池为电源,粗镍及石墨为电极,电解硝酸镍溶液对粗镍进行提纯。
(1)电解结束后,在阳极附近的沉淀物中,主要的金属单质为              (填化学式)。

(2) 若按上图所示连接对铅蓄电池进行充电。充电一段时间后。则在A电极上生成              (填化学式)。B电极上的电极反应式为             ;充电完毕。铅蓄电池的正极是            极(填“A”或“B”)。
(3)如用甲烷燃料电池为电源,在25℃、101 kPa时,若CH4在氧气中直接燃烧生成1 mol水蒸气放热401 kJ,而l g水蒸气转化成液态水放热2.445 kJ,则CH4的燃烧热为                   (取整数)kJ·mol-
(14分)运用化学反应原理研究NH3的性质具有重要意义。
(1)科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。据报道,在光照条件下,N2在催化剂表面与水发生反应生成NH3和另一种单质。在使用催化剂b和不使用催化剂a时,该反应过程和能量的变化关系如图所示。

①写出该反应的化学方程式                                       
②a和b相比,二者的平衡常数关系是Ka   Kb(填“>”、“=”或“<”)
③升高温度,平衡时NH3的含量                     (填“增大”、“不变”或“减小”)
(2)在0.5L的密闭容器中,一定量的N2和H2发生反应:N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) ΔH <0。400℃时,K= 0.5,某一时刻测得N2、H2和NH3三种物质物质的量分别为2mol、1mol和3mol,则该反应的v(N2)    v(N2)(填 “>” 、“="”" 或 “<”)
(3)NH3的催化氧化反应是工业制HNO3的关键步骤,测得某温度下固定容积的容器中的数据为:
     浓度mol.L-1
时间
c(NH3)
c(O2)
c(NO)
0min
1.000
1.600
0.000
2min
0.600
a
0.400
4min
0.500
0.975
0.500
6min
0.500
0.975
0.500
8min
0.700
1.225
0.750
①则2 ~4min内,v(O2) =                       。
②在第8min时改变条件,你认为改变的条件可能是                         
(4)常温下,向0.001 mol·L-1的AlCl3溶液中通入NH3直至过量,现象       ,当PH =        时,开始生成沉淀(已知:Ksp[Al(OH)3]= 1.0×10-33)。
(20分)能源是国民经济发展的重要基础,我国目前使用的能源主要是化石燃料。(1) 在25℃、101 kPa时,16 g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31 kJ,则CH4燃烧的热化学方程式为__________________________________________。
(2) 已知:C(s)+O2(g)===CO2(g);ΔH=-437.3 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)===H2O(g);ΔH=-285.8 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)===CO2(g);ΔH=-283.0 kJ·mol-1
则煤气化反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) 的焓变ΔH=_____________。
(3) 高炉炼铁是CO气体的重要用途之一,其基本反应为:
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)  ΔH>0,已知在1100℃时,该反应的化学平衡常数K=0.263。
① 温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,此时平衡常数K值__________(填“增大”、“减小”或“不变”);
② 1100℃时测得高炉中,c(CO2)=0.025mol·L-1c(CO)="0.1" mol·L-1,则在这种情况下,该反应是否处于化学平衡状态____________(填“是”或“否”),其判断依据是______
____________________________________________________________。
(4) 如下图所示组成闭合回路,其中,甲装置中CH4为负极,O2和CO2的混合气体为正极,稀土金属材料为电极,以熔融碳酸盐为电解质;乙装置中a、b为石墨,b极上有红色物质析出,CuSO4溶液的体积为200 mL。

① 甲装置中气体A为        (填“CH4”或“O2和CO2”),d极上的电极反应式为
_____________________________________。
② 乙装置中a极上的电极反应式为__________________________________。
若在a极产生112mL(标准状况)气体,则甲装置中消耗CH4________ mL (标准状况),乙装置中所得溶液的pH=__________。(忽略电解前后溶液体积变化)
③ 如果乙中电极不变,将溶液换成饱和Na2SO4溶液,当阴极上有a mol气体生成时,同时有w g Na2SO4·10H2O晶体析出,若温度不变,剩余溶液中溶质的质量分数应为__________________________(用含wa的表达式表示,不必化简)。

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网