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:
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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。
【题目】近年来“雾霾”污染日益严重,原因之一是机动车尾气中含有NO、NO2、CO等气体,火力发电厂释放出大量的NOx、SO2和CO2等气体也是其原因,现在对其中的一些气体进行了一定的研究:
(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)。
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(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)