题目内容

【题目】甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2、PbI2及HI为原料合成,回答下列问题:

(1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g) ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下:

共价键

C—O

H—O

N—H

C—N

C—H

键能/kJ·mol-1

351

463

393

293

414

则该反应的ΔH=____kJ·mol-1。

(2)上述反应中所需的甲醇工业上利用水煤气合成CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下,将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应,当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示:

①平衡时,M点CH3OH的体积分数为10%,则CO的转化率为___。

②X轴上a点的数值比b点____ (填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度,你认为他判断的理由是_________________。

(3)工业上可采用CH3OHCO+2H2 来制取高纯度的CO和H2。我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。

甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式:

方式 A:CH3OH* →CH3O* +H* Ea= +103.1kJ·mol-1

方式 B:CH3OH* →CH3* +OH* Eb= +249.3kJ·mol-1

由活化能E值推测,甲醇裂解过程主要历经的方式应为___(填A、B)。

下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。

该历程中,放热最多的步骤的化学方程式为________。

(4)PbI2与金属锂以LiI-Al2O3固体为电解质组成锂碘电池,其结构示意图如下,电池总反应可表示为:2Li+PbI2=2LiI+Pb,则b极上的电极反应式为:_____。

(5)CH3NH2的电离方程式为CH3NH2+H2OCH3NH3++OH-电离常数为kb,已知常温下pkb=-lgkb=3.4,则常温下向CH3NH2溶液滴加稀硫酸至c(CH3NH2)=c(CH3NH3+)时,溶液pH=______。

【答案】-12 25% 小 随着Y值的增大,φ(CH3OH)减小,平衡CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)向逆反应方向进行,故Y为温度 A CHO*+3H*=CO*+4H*(或CHO*=CO*+H*) PbI2+2e-=Pb+2I- 或PbI2+2e-+2Li+=Pb+2LiI 10.6

【解析】

(1)反应热等于反应物总键能减去生成物总键能,则CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)的△H=[351+414×3+463+393×3-(414×3+293+393×2-463×2)]kJ/mol=-12kJ/mol;

(2)①初始投料为1 mol CO和2 mol H2,设转化的CO的物质的量为x,列三段式有:

CH3OH的体积分数为10%,则有=10%,解得x=0.25mol,所以CO的转化率为=25%;

②X表示压强,该反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,则CH3OH的体积分数φ(CH3OH)也越大,b点CH3OH的体积分数φ(CH3OH)大于a点CH3OH的体积分数φ(CH3OH),则X轴上a点的数值比b点小;由图可知,随着Y值减小,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)增大,该反应是放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)也越大,故Y表示温度;

(3)方式A所需活化能更低,反应速率更快,更容易进行,所以甲醇裂解过程主要历经的方式应为A;由图象可知,相对能量从112降至-65时,放出的热量最多,放热最多的步骤的化学方程式为CHO*+3H*=CO*+4H*(或CHO*=CO*+H*);

(4)根据电池总反应可知Li被氧化,应为负极,则b即正极,得电子发生还原反应,根据总反应可知电极反应为PbI2+2e-=Pb+2I- 或PbI2+2e-+2Li+=Pb+2LiI;

(5)根据题意kb==10-3.4,所以当c(CH3NH2)=c(CH3NH3+)时,溶液中c(OH-)=10-3.4mol/L,则c(H+)=10-10.6mol/L,所以pH=10.6。

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