题目内容

7．二甲醚（CH3OCH3）和甲醇（CH3OH）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下：

请填空：
（1）在一定条件下，反应室1中发生反应：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H＞0．将1.0molCH4和2.0molH2O通人反应室1（假设容积为10L），10min末有0.1molCO生成，则10min内反应的平均速率v（H2）=0.003mol/（L．min）．该反应平衡常数的表达式：K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知：CH3OCH3 （g）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（g）△H=-1323KJ/mol；
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484KJ/mol；
CO的燃烧热：283KJ/mol．
在一定条件下，反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，该热化学方程式为2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-211kJ/mol．（本题涉及的条件均在同一条件下）
（3）绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如图1所示，写出X电极的电极反应式（CH3）2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+
（4）反应室3中在催化剂作用下发生如下反应：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．对此反应进行如下研究：
①在容积为1L的密闭容器中分别充入1molCO和2molH2，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图2所示．

则：该正反应的△H＜0（填“＜”、“＞”或“=“）．
②在容积均为1L的a、b、c三个相同密闭容器中分别充入1mol CO和2mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3，在其他条件相同情况下，实验测得反应均进行到5min时甲醇的体积分数如图3所示．下列说法正确的是BD
A．a、b、c三容器5min时的正反应速率大小为：b＞a＞c
B．达到平衡时，a、b、c中CO转化率为a＞b＞c
C．5min时，a、b、c三容器中的反应均可能达到平衡状态．
D．将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压．

分析 （1）10min内反应的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$，v（H2）=3v（CO）；该反应平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）CH3OCH3 （g）+3O2（g）=2 CO2（g）+3H2O（g）△H=-1323KJ/mol①；
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484KJ/mol②；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）H=-283KJ/mol③，
将方程式2②+2③-①得2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g），焓变进行相应的改变；
（3）根据氢离子移动方向知，X是负极、Y是正极，该原电池是燃料电池，则X电极上二甲醚失电子发生氧化反应、Y电极上氧气得电子发生还原反应，X电极上二甲醚失电子生成二氧化碳和氢离子；
（4）①升高温度平衡向吸热方向移动，根据甲醇的物质的量多少判断焓变；
②A．温度越高化学反应速率越快；
B．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动；
C．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，温度由T1到T2平衡正向移动，由T2到T3平衡逆向移动；
D．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；反应后气体体积小于反应前，减小压强．平衡逆向移动．

解答 解：（1）10min内反应的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{10min}$=0.001mol/（L．min），v（H2）=3v（CO）=0.003mol/（L．min）；该反应平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，所以该反应化学平衡常数K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：0.003mol/（L．min）；K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$；
（2）CH3OCH3 （g）+3O2（g）=2 CO2（g）+3H2O（g）△H=-1323KJ/mol①；
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484KJ/mol ②；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）H=-283KJ/mol③，
将方程式2②+2③-①得2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g），△H=2×（-484kJ/mol）+2×（-283kJ/mol）-（-1323kJ/mol）=-211kJ/mol，
故答案为：2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-211kJ/mol；
（3）根据氢离子移动方向知，X是负极、Y是正极，该原电池是燃料电池，则X电极上二甲醚失电子发生氧化反应、Y电极上氧气得电子发生还原反应，X电极上二甲醚失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为（CH3）2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+，
故答案为：（CH3）2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+；
（4）①升高温度平衡向吸热方向移动，根据图知，升高温度甲醇体积分数降低，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，焓变小于0，故答案为：＜；
②A．温度越高化学反应速率越快，温度T1＜T2＜T3，所以反应速率a＜b＜c，故A错误；
B．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，温度T1＜T2＜T3，所以CO转化率a＞b＞c，故B正确；
C．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，温度由T1到T2平衡正向移动，由T2到T3平衡逆向移动，所以a未达到平衡状态，b可能达到平衡状态，c达到平衡状态，故C错误；
D．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；反应后气体体积小于反应前，减小压强．平衡逆向移动，故将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压，故D正确，
故答案为：BD．

点评 本题考查化学平衡计算、原电池原理等知识点，侧重考查学生图象分析判断及计算能力，难点是电极反应式的书写及（4）图象分析，易错点是（4）②中C平衡点判断，题目难度中等．

练习册系列答案
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17．硼及其化合物在工业上有许多用途．以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5•H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）为原料制备硼酸（H3BO3）的工艺流程如图所示：

回答下列问题：
（1）写出Mg2B2O5•H2O与硫酸反应的化学方程式Mg2B2O5•H2O+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H3BO3+2MgSO4．为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有提高反应温度或减小铁硼矿粉粒径（写出两条）．
（2）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是将亚铁离子氧化为铁离子．然后再调节溶液的pH约为5，目的是使铁离子、铝离子形成氢氧化物沉淀而除去．
（3）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH4），它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为．
（4）单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能硼钢．以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程2H3BO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B2O3+3H2O、B2O3+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．
18．FeCl3在现代工业生产中应用广泛．某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S．
Ⅰ．经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华．他们设计了制备无水FeCl3的实验方案，装置示意图（加热及夹持装置略去）及操作步骤如下：

①检验装置的气密性；
②通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；
④…
⑤体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽Cl2，将收集器密封．
请回答下列问题：
（1）装置A中反应的化学方程式为2Fe+3Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeCl3．
（2）第③步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A右端．要使沉积的FeCl3进入收集器，第④步操作是在沉积的FeCl3固体下方加热．
（3）操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有（填步骤序号）②⑤．
（4）装置B中冷水浴的作用为冷却，使FeCl3沉积，便于收集产品；装置C的名称为干燥管；装置D中FeCl2全部反应后，因失去吸收Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂：K3溶液．
（5）在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂．
Ⅱ．该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液．
（6）FeCl3与H2S反应的离子方程式为2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+．
（7）电解池中H+在阴极放电产生H2，阳极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+．
（8）综合分析实验Ⅱ的两个反应，可知该实验有两个显著优点：
①H2S的原子利用率为100%；
②FeCl3可以循环利用．
15．下列热化学方程式叙述正确的是（　　）
A．C2H5OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+3H2O（g）△H=-1367.0 kJ/mol （燃烧热）
B．已知C（石墨，s）═C（金刚石，s）△H＞0，则金刚石比石墨稳定
C．S（s）+O2（g）═SO2（g）△H=-296.8 kJ/mol  （反应热）
D．已知2C（s）+2O2（g）═2CO2（g）△H1；2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2，则△H1＞△H2
2．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；
②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3（Si+3HCl$\frac{\underline{\;250-300℃\;}}{铜粉}$SiHCl3+H2）；
③SiHCl3与过量的H2在1 100～1 200℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃．
请回答：
（1）第一步制取粗硅的化学反应方程式为2C+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），提纯SiHCl3采用的方法为蒸馏（或分馏）．
（3）实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示（加热和夹持装置略去）：

①装置B中的试剂是浓硫酸，装置C中的烧杯需要加热，目的是使SiHCl3气化，与氢气反应．
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是有固体物质生成，装置D不能采用普通玻璃管的原因是温度太高，普通玻璃管易熔化，装置D中发生反应的化学方程式是SiHCl3+H2=Si+3HCl．
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及排尽装置中的空气．
12．已知反应：H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1； N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H2； N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H3则反应2NH3（g）+$\frac{5}{2}$O2（g）═2NO（g）+3H2O（g）的△H为（　　）
A．3△H1+2△H2-△H3B．△H1+△H2-△H3C．3△H1+△H2+△H3D．3△H1+△H2-△H3
19．通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能．现给出化学键的键能（见表）：
化学键H-HN三NN-H
键能/（kJ•mol-1）436945.6391
请计算N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）的反应热（　　）
A．+192.4 kJ•mol-1B．+92.4kJ•mol-1C．-92.4kJ•mol-1D．-192.4kJ•mol-1
16．分离提纯是化学实验中的重要部分，方法有过滤、蒸发、萃取、蒸馏等，应用广泛，环己醇    脱水是合成环己烯的常用方法，实验室合成坏己烯的反应和实验装置如图：
可能用到的有关数据如下：
相对分子质量密度/（g•cm-3）沸点/℃溶解性
环己醇1000.9618161微溶于水
环己烯820.810283难溶于水
Ⅰ．合成反应：
在a中加入20g环己醇和2小片碎瓷片，冷却搅动下慢慢加入1ml浓硫酸，b中通入冷却水后，开始缓慢加热a，控制馏出物的温度不超过90℃．
Ⅱ．分离提纯：
反应粗产物倒入分液漏斗中分别用少量5%碳酸钠溶液和水洗涤，分离后加入无水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙，最终通过蒸馏得到纯净环己烯10g．
回答下列问题：
（1）装置b的名称是冷凝管．
（2）加入碎瓷片的作用是防止暴沸；如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应该采取的正确操作是B（填正确答案标号）．
A．立即补加     B．冷却后补加     C．不需补加     D．重新配料
（3）分液漏斗在使用前须清洗干净并检漏；在本实验分离过程中，产物应该从分液漏斗的上口倒出（填“上口倒出”或“下口倒出”）．
（4）分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是干燥．
（5）在环己烯粗产物蒸馏过程中，不可能用到的仪器有C（填正确答案标号）．
A．蒸馏烧瓶     B．温度计        C．分液漏斗        D．牛角管        E．锥形瓶．
17．请写出下列反应的离子方程式：
（1）向NaCl溶液中滴加硝酸银溶液：Ag++Cl-=AgCl↓；
（2）向碳酸钙中加入盐酸：CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；
（3）少CO2通入KOH溶液中：CO2+2OH-=CO32-+H2O；
（4）NaHSO4溶液与Ba（OH）2溶液混合后恰好中和：2H++2OH-+Ba2++SO42-═BaSO4↓+2H2O．

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