题目内容

甲醇被称为21世纪的新型燃料,甲烷可制成合成气(CO、H2),再制成甲醇,
代替日益供应紧张的燃油.
(1)已知:①CH4(g)+H2O (g)=CO (g)+3H2(g)△H1=+206.2kJ?mol-1
②CH4(g)+
12
O2(g)=CO(g)+2H2(g)△H2=-35.4kJ?mol-1
③CH4(g)+2H2O (g)=CO2(g)+4H2(g)△H3=+165.0kJ?mol-1
CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为
 

(2)合成气中的H2可用于生产NH3,在进入合成塔前常用Cu(NH32Ac溶液来吸收其中的CO,防止合成塔中的催化剂中毒,其反应是:
Cu(NH32Ac+CO+NH3[Cu(NH33]Ac?CO△H<0,Cu(NH32Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是
 
,该反应的△S
 
0(填“>”、“=”或“<”)
(3)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应A:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1
反应B:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2<0
①对于反应A,某温度下,将4mol CO2和12mol H2,充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO2)=0.5mol?L-1,则该温度下该反应的平衡常数
 

②对于反应B,若容器容积不变,下列措施可提高CO的转化率是
 

A.降低温度                              B.增加CO的量
C.充入He,使体系总压强增大             D.再充入1mol CO和2mol H2
(4)某种甲醇-空气燃料电池是采用铂作为电极,氢氧化钾作电解质溶液.其工作时负极的电极反应式可表示为
 

(5)用上述碱性甲醇-空气燃料电池电解硫酸钠溶液(均为铂电极),标准状况下阳极得到VL的气体,计算消耗甲醇的质量为
 
g.
分析:(1)根据盖斯定律结合热化学方程式的意义来回答即可;
(2)已知正反应是气体物质体积减小的放热反应,据此分析;
(3)①根据化学平衡三行式计算化学平衡常数;
②根据化学平衡移动原理,提高CO的转化率,即让化学平衡正向移动即可;
(4)燃料电池中,负极上发生失电子的氧化反应;
(5)根据电子守恒结合两极上的电极反应进行计算即可.
解答:解:(1)根据盖斯定律可知,①×2-③可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),所以其△H=[(+206.2)×2-(+165.0)]kJ?mol-1=+247.4 kJ?mol-1,所以CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H3=+247.4 kJ?mol-1
故答案为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H3=+247.4 kJ?mol-1
(2)已知正反应是气态物质体积减小的放热反应,因此熵变是小于零的,且采用降低温度、增大压强能使平衡右移,提高CO的转化率,故答案为:低温、高压;
低温、高压,<;
(3)①将4mol CO2和12mol H2,充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO2)=0.5mol?L-1,则该温度下该反应的平衡常数
         CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
初始浓度:2        6          0        0
变化浓度:1.5     4.5        1.5      1.5
平衡浓度:0.5     1.5        1.5      1.5
化学平衡常数K=
c(CH3OH)?c(H2O)
c(CO2)?c3(H2)
=
1.5×1.5
0.5×1.53
=
1
3
(或者0.33)
 ②对于反应B:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2<0,若容器容积不变,使化学平衡正向移动的措施可提高CO的转化率.
A.降低温度能使化学平衡正向移动,可提高CO的转化率,故a正确;
B.增加CO的量,使得CO的转化率减小,故b错误;
C.充入He,使体系总压强增大,但是各组分浓度不变,平衡不移动,故c错误;
D.再充入1mol CO和2molH2,即相当于在增大压强,所以化学平衡正向移动,可提高CO的转化率,故d正确;
故选:a、d;
(4)甲醇-空气燃料电池中,负极上是燃料发生失电子的氧化反应,在碱性环境下,电极反应为:CH3OH-6e+8OH-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e+8OH-=CO32-+6H2O;
(5)碱性甲醇-空气燃料电池电解硫酸钠溶液(均为铂电极),标准状况下阳极得到的VL气体是氧气,根据电极反应式,设消耗甲醇的量是n,得出:
  2CH3OH~12e-~3O2
   2            3
   n           
V
22.4

2
n
=
3
V
22.4
,解得n=
V
33.6
mol,所以消耗甲醇的质量:m=
V
33.6
mol×32g/mol=0.95V,故答案为:0.95V.
点评:本题考查了运用盖斯定律计算焓变、热化学方程式的书写、评价物质合成方案、影响化学平衡的因素、燃料电池等重要考点,涉及的知识点较多,综合性较强,难度较大.
练习册系列答案
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(2012?丹东模拟)能源短缺是人类面临的重大问题.甲醇是一种可再生能源.具有广泛的开发和应用前景.因此甲醇被称为21世纪的新型燃料.
(1)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H=_1275.6kJ?mol-1
②H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ.mol-1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式:
CH3OH(g)+
3
2
O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol
CH3OH(g)+
3
2
O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol

(2)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应A:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1
反应B:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2
取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线如图所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H1
0(填“>”、“<”或“=”).
②对于反应A,若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是
BD
BD

A.升高温度                              B.增加CO2的量
C.充入He,使体系总压强增大             D.按原比例再充入CO2和H2
③某温度下,将4mol CO和12mol H2,充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.5mol?L-1,则该温度下该反应的平衡常数为
0.33
0.33

④.某种甲醇-空气燃料电池是采用铂作为电极,稀硫酸作电解质溶液.其工作时负极的电极反应式可表示为
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2

(3)对燃煤烟气中的SO2、NO2设物质的量之比为1:1,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥,则该反应的化学方程式为
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH42SO4+4NH4NO3
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH42SO4+4NH4NO3

(4)在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液,使溶液的pH=7,则溶液中c(Na+)+c(H+
 c(NO3-)+c(OH-)(填写“>”“=”或“<”)
二甲醚和甲醇被称为21世纪的新型燃料,以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如图1:

I:(1)在一定条件下,容积为 100L密闭容器中发生反应:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H>0
将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入该密闭容器 l0min时有0.1mol CO生成,则10min内该反应的平均速率v(H2
0.0003mo1?L-1?min-1
0.0003mo1?L-1?min-1

(2)在压强为0.1MPa条件下,容积为V L某密闭容器中a mol CO与 2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图2.
①该反应的△H
0 (填“<”、“>”或“=”).
②100℃时该反应的平衡常数K=
V2
a2
V2
a2
(用含a、V的代数式表示).
③在温度容积不变的情况下,向该密闭容器再增加a mol CO与 2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率
增大
增大
(填“增大”、“减小”或“不变”).平衡常数
不变
不变
(填“增大”、“减小”或“不变”)
④在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2反应生成CH3OH(g),达到平衡时CO的转化率为90%,此时容器内的压强为开始时的
0.55
0.55
倍.
II:某温度下,向密闭容器中充入2.0mol CO和1.0mol H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).CO的转化率随时间变化关系如图2,回答下列问题:
(1)如果一个可逆反应的平衡常数K值很大,下列说法正确的是
C
C
(填字母).
A.该反应的反应物混合后很不稳定
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C.该反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小
D.该反应一定是放热反应   E.该反应使用催化剂意义不大
(2)t2时刻向平衡体系中再通入1.0mol H2O(g),请在原坐标图3中将改变这一条件后CO的转化率的变化结果表示出来.
甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应I和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇.

(1)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)Ⅰ
CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1.①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均速率为
0.0030mol?L-1?min-1
0.0030mol?L-1?min-1

②图中的P1
P2(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数的值为
2.25×10-4
2.25×10-4

③在其它条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将
减小
减小
(填“增大”“减小”或“不变”).
(2)在压强为0.1MPa条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)Ⅱ.
④该反应的△H
0,△S
0(填“<”、“>”或“=”).
⑤若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是
BD
BD

A.升高温度                     B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大      D.再充入1mol CO和3mol H2
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中.
实验编号 T(℃) n(CO)/n(H2 P(MPa)
i 150
1
3
0.1
ii
150
150
1
3
1
3
5
iii 350
1
3
1
3
5
A.请在上表空格中填入剩余的实验条件数据.
B.根据反应Ⅱ的特点,在给出的坐标图中,画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图(如图2),并标明各曲线的压强.

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