题目内容

【题目】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) ΔH1

反应Ⅱ: CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2

①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℃

K

2.041

0.270

0.012

由表中数据判断ΔH1____0 (填“>”、“=”或“<”)。

② 某温度下,将2mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则CO的转化率为___________,此时的温度为_______(从上表中选择)。

(2)已知在常温常压下:

① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(l) ΔH1=-1451.6kJ/mol

② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH2 =-566.0kJ/mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:_________________________________________

(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置:

①该电池的能量转化形式为___________________________。

②工作一段时间后,测得溶液的pH减小。请写出该电池的负极的电极反应式。_____________________________

③用该电池电解(惰性电极)500mL某CuSO4溶液,电解一段时间后,为使电解质溶液恢复到原状态,需要向溶液中加入9.8g Cu(OH)2固体。则原CuSO4溶液的物质的量浓度为___________mol/L(假设电解前后溶液体积不变)。

【答案】< 80% 250℃ CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O(l) △H= - 442.8kJ/mol 化学能转化为电能 CH3OH-6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O 0.2 mol/L

【解析】

(1)①由表中数据可知,升高温度K减小,则化学平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,所以正反应是放热反应。故△H1 <0;

②达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则消耗CO是2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol,所以CO的转化率是×100%=80%。平衡时氢气的浓度是1.4mol/L,甲醇是0.8mol/L,所以此时K==2.041,因此温度是250℃;(2)已知① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(l) ΔH1=-1451.6kJ/mol;② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH2 =-566.0kJ/mol;根据盖斯定律:由①×—②×得甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为:CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O(l) △H=ΔH1×—ΔH2×=-1451.6kJ/mol×—(-566.0kJ/mol)× = - 442.8kJ/mol;(3)①甲烷燃烧电池是原电池,将化学能转化为电能;②碱性条件下,电池负极上甲醇失电子发生氧化反应生成碳酸根离子,电极反应式为 :CH3OH-6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O;③加入9.8g Cu(OH)2固体能使电解质溶液恢复原状,n[Cu(OH)2]= =0.1mol,相当于加入0.1molCuO和0.1molH2O,根据Cu原子守恒得n(CuSO4)=n[Cu(OH)2]=0.1mol,则c(CuSO4)==0.2mol/L。

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(1)用 CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。

已知:①CH4(g) + 4NO2(g) = 4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H = - 574 kJ/mol

②CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H = - 1160 kJ/mol

③H2O(g) = H2O(l) △H = - 44.0 kJ/mol

写出 CH4(g)与 NO2(g)反应生成 N2(g)、CO2(g)和 H2O(l)的热化学方程式: _____________________________________________________________。

(2)汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体转化为无毒气体。4CO(g)+2NO2(g) 4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1200 kJ·mol-1

对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,下列图像正确的是________________(填代号)。

(3)用活性炭还原法也可以处理氮氧化物,某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH=a kJ/mol

在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下:

时间/min

浓度/(mol/L)

0

10

20

30

40

50

NO

1.0

0.58

0.40

0.40

0.48

0.48

N2

0

0.21

0.30

0.30

0.36

0.36

CO2

0

0.21

0.30

0.30

0.36

0.36

①根据图表数据分析T1℃时,该反应在0-20min的平均反应速率v(NO)=_____________________;计算该反应的平衡常数K=____________________。

②30min后,只改变某一条件,根据上表的数据判断改变的条件可能是_________(填字母代号)。

A.通入一定量的CO2 B.加入合适的催化剂

C.适当缩小容器的体积 D.通入一定量的NO

E.加入一定量的活性炭

③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2:1:1,则达到新平衡时NO的转化率____________(填“升高”或“降低”),a________0(填“>”或“<”)。

(4)温度T1和T2时,分别将0.50 mol CH4和1.2mol NO2充入1 L的密闭容器中发生反应:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=bkJ/mol。

测得有关数据如下表:

温度

时间/min

物质的量

0

10

20

40

50

T1

n(CH4)/mol

0.50

0.35

0.25

0.10

0.10

T2

n(CH4)/mol

0.50

0.30

0.18

x

0.15

下列说法正确的是__________________。

A.T1>T2,且b>0

B.当温度为T2、反应进行到40 min时, x>0.15

C.温度为T2时,若向平衡后的容器中再充入0.50 mol CH4和1.2mol NO2,重新达到平衡时,n(N2)<0.70mol

D.温度为T1时,若起始时向容器中充入0.50 mol CH4(g)、0.50 molNO2(g)、1.0 mol N2(g)、2.0 molCO2(g)、0.50molH2O(g),反应开始时,ν(正)>ν(逆)

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