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二甲醚(CH3OCH3)是一种重要的清洁燃料气,其储运、燃烧安全性、理论燃烧温度等性能指标均优于液化石油气,也可用作燃烧电池的燃料,具有很好的好展前景。
(1)已知H2、CO和CH3OCH3的燃烧热(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol,则工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为    。
(2)工业上采用电浮远凝聚法处理污水时,保持污水的pH在5.0,通过电解生成Fe(OH)3胶体,吸附不溶性杂质,同时利用阴极产生的H2,将悬浮物带到水面,利于除去。实验室以二甲醚燃料电池模拟该方法设计的装置如下图所示:

①乙装置以熔融碳酸盐为电解质,稀土金属材料为电极。写出该燃料电池的正极电极反应式                         ;下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是                    。
A.MgCO3           B.Na2CO3           C.NaHCO3            D.(NH4)2CO3
②写出甲装置中阳极产物离子生成Fe(OH)3沉淀的离子方程式:                       。
③已知常温下Kap[Fe(OH)3]=4.0×10—38,电解一段时间后,甲装置中c(Fe3+)=          。
④已知:H2S的电离平衡常数:K1=9.1×10—8、K2=1.1×10—12;H2CO3的电离平衡常数:K1=4.31×10—7、K2=5.61×10—11。测得电极上转移电子为0.24mol时,将乙装置中生成的CO2通入200mL 0.2mol/L的Na2S溶液中,下列各项正确的是
A.发生反应的离子方程式为:CO2+S2—+H2O=CO32—+H2S
B.发生反应的离子方程式为:CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS—
C.c(Na+)=2[c(H2S)+c(HS—)+c(S2—)]
D.c(Na+)+c(H+)=2c(CO32—)+2c(S2—)+c(OH—)
E.c(Na+)>c(HCO3—)>c(HS—)>c(OH—)

(1)3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH= -246.4kJ/mol
(2)①O2 + 4e—+2CO2 =2CO32—;B
② 4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
③ 4.0×10—11mol/L ④B、C、E

解析试题分析:(1)根据盖斯定律可知:工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH=-246.4kJ/mol。(2)①以二甲醚为燃料的电池,通入燃料的电极为负极,通入O2的电极为正极。正极电极反应式O2 + 4e—+2CO2 =2CO32—。NaHCO3和(NH4)2CO3受热易分解,所以不能用熔融碳酸盐电解质。MgCO3和Na2CO3都是离子化合物,离子键前者大于后者,熔化需要消耗更多的能量,所以一般用Na2CO3来做熔融盐电池的电解质。 ②在甲装置中Al作阴极。Fe作阳极。阳极发生氧化反应:Fe-2e-=Fe2+. 然后发生反应:4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+。产生4Fe(OH)3沉淀,来吸附不溶性杂质,从而使水变得澄清。③在常温下Kap[Fe(OH)3] ="4.0×" 10—38,pH在5.0,c(OH-)=10-9mol/L, c(Fe3+)= Kap[Fe(OH)3]÷ c(OH-)3=4.0×10—38÷ (10-9)3= 4.0×10—11mol/L. ④在甲醚燃料电池中的负极发生的电极反应为::CH3OCH3+3H2O=2CO2+12e-+12H+。可见每转移6mol的电子,产生1÷mol的CO2气体,今转移电子0.24mol,所以产生CO2气体的物质的量为0.24mol÷6= 0.04mol.n(Na2S)=" 0.2L×" 0.2mol/L="0.04mol." 因此结合电离平衡常数二者发生反应的反应为CO2+S2—+ H2O=HCO3—+HS—。因此A错误。B正确。C.根据物料守恒可得c(Na+)=2c(S2—)(开始)=2[c(H2S)+ c(HS—)+c(S2—)]。正确。D. 根据电荷守恒可得:c(Na+)+c(H+)= 2c(CO32—)+2c(S2—)+ c(OH—)+c(HCO3—)+c(HS—).错误。E.根据二者之间的反应及物料守恒可得c(Na+)= c(HCO3—)(开始)+c(HS—)(开始). HCO3—和HS—都要发生水解反应,要消耗,因为电离平衡常数H2CO3>H2S。酸的电离常数越大,越容易电离,酸根离子水解程度就越小。即水解程度HCO3—<HS—。水解程度越大溶液中该离子的浓度就越小。所以c(HCO3—)>c(HS—)。水解使溶液显碱性。但盐水解总的来说是很微弱的,因此溶液中各离子的浓度关系为:c(Na+)>c(HCO3—)>c(HS—)>c(OH—)。正确。
考点:考查热化学方程式和离子方程式的书写、燃料电池、电解池的反应原理、离子浓度的大小比较。

练习册系列答案
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二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO2和NH3为原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:
反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)   △H1="a" kJ·mol-1
反应Ⅱ:NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)   △H2=+72.49kJ·mol-1
总反应Ⅲ:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)   △H3=-86.98kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的△H1=__________kJ·mol-1(用具体数据表示)。
(2)反应Ⅱ的△S______(填>或<)0,一般在__________情况下有利于该反应的进行。
(3)反应Ⅲ中影响CO2平衡转化率的因素很多,下图1为某特定条件下,不同水碳比n(H2O)/n(CO2)和温度影响CO2平衡转化率变化的趋势曲线。
①其他条件相同时,为提高CO2的平衡转化率,生产中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。
②当温度高于190℃后,CO2平衡转化率出现如图1所示的变化趋势,其原因是__________。

(4)反应Ⅰ的平衡常数表达式K1=____________________;如果起始温度相同,反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热(与外界没有热量交换)容器中进行,平衡常数K1将__________(填增大、减少、不变)。
(5)某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO2)的因素,在恒温下将0.4molNH3和0.2molCO2放入容积为2L的密闭容器中,t1时达到平衡过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线如上图2所示。若其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡)。
(6)尿素在土壤中会发生反应CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3。下列物质中与尿素有类似性质的是______。

A.NH2COONH4B.H2NOCCH2CH2CONH2
C.HOCH2CH2OHD.HOCH2CH2NH2

氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
(1)在固定容积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=—92.4kJ/mol,
其平衡常数K与温度T的关系如下表:

T/K
298
398
498
平衡常数K
4.1×106
K1
K2
 
试判断K1       K2(填写“>” “ =”或“<”)。
(2)用2mol N2和3mol H2合成氨,三容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变,在其它条件相同的情况下,实验测得反应均进行到t min时N2的质量分数如图所示,此时甲、乙、丙三个容器中一定达到化学平衡状态的是        ,都达到平衡状态时,N2转化率最低的是   。

(3)NH3与CO2在120oC,催化剂作用下可以合成反应生成尿素:CO2 +2NH3(NH2)2CO +H2O
在密闭反应容器中,混合气体中NH3的含量变化关系如图所示

(该条件下尿素为固体)。则A点的正反应/速率(CO2)      B点的逆反应速率(CO2)(填写“>”“=”或“<”),NH3的平衡转化率为____         ;
(4)已知下列热化学方程式:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)   △H = -571.6kJ/mol
N2(g)+O2(g)2NO(g)    △H =+180kJ/mol
请写出用NH3还原NO的热化学方程式_                 ;
(5)氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水,试写出该反应的化学方程式____     。科学家利用此原理,设计成氨气-氧气燃料电池,则通人氨气的电极是        (填“正极”或“负极”),在碱性条件下,通人氨气的电极发生的电极反应式为                                  。

大气中的部分碘源于O3对海水中Iˉ的氧化。将O3持续通入NaI酸性溶液溶液中进行模拟研究。

(1)O3将Iˉ氧化成I2的过程可发生如下反应:
①Iˉ(aq)+ O3(g)= IOˉ(aq) +O2(g)△H1
②IOˉ(aq)+H+(aq) HOI(aq)  △H2
③HOI(aq) + Iˉ(aq) + H+(aq) I2(aq) + H2O(l) △H3
④O3(g)+2Iˉ(aq)+2H+(aq)= I2(aq) + O2(g)+ H2O(l) △H4
则△H3与△H1、△H2、△H4之间的关系是:△H3 =      。
(2)在溶液中存在化学平衡: I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)其平衡常数表达式为     。在反应的整个过程中I3ˉ物质的量浓度变化情况是     。
(3)为探究温度对I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq) △H5 反应的影响。在某温度T1下,将一定量的0.2 mol·L-1NaI酸性溶液置于密闭容器中,并充入一定量的O3(g)(O3气体不足,不考虑生成物O2与 Iˉ反应),在t时刻,测得容器中I2(g)的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其它初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得I2(g)浓度,得到趋势图(见图一)。则:

①若在T3时,容器中无O3, T4~T5温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,则△H5     0(填>、=或<);该条件下在温度为T4时,溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线如图二所示。在t2时,将该反应体系温度上升到T5,并维持该温度。请在图2中画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线。
②若在T3时,容器中还有O3,则T1~T2温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,其可能的原因是     。(任写一点)
(4)利用反应④和图2的信息,计算0-t1时间段内用I2(aq)表示的化学反应速率     。

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