题目内容

【题目】已知某种燃料含有碳、氢、氧三种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量比,可将气态燃料放入足量的O2中燃烧,并使产生的气体全部通过如图所示装置中,得到如表中所列的实验结果(假设产生的气体完全被吸收)。

实验前

实验后

(干燥剂+U形管)的质量

101.1 g

102.9 g

(石灰水+广口瓶)的质量

312.0 g

314.2 g

根据实验数据完成下列问题:

(1)实验完毕后,生成物中水的质量为________g。假设广口瓶里生成一种正盐,其质量为________g。

(2)生成的二氧化碳中碳元素的质量为________g。

(3)该燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。

(4)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子,则该燃料的分子式为________,结构简式为________________。

【答案】1.8 5 0.6 3∶1 CH4O CH3OH

【解析】

已知某醇燃料含有碳、氢、氧三种元素,故其完全燃烧产物为CO2和H2O,U型管中增加的质量是水的质量,NaOH溶液中增加的质量是二氧化碳的质量,根据C、H元素守恒,即可计算两者的质量比,该燃料分子中C、H的原子个数比为,N(C):N(H)=∶= 1:4。据碳四价的原则可知,当有机物分子中的碳氢原子个数比为1∶4时,分子中只能含CH4,而不能为CH4的整数倍。

⑴U型管中增加的水的质量m(H2O)=102.9g101.1g=1.8g;NaOH溶液中增加的二氧化碳的质量m(CO2)=314.2g312g=2.2g,CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓+ H2O,得到碳酸钙沉淀质量;故答案为:1.8;5。

⑵m(C)=m(CO2)×=2.2g×=0.6g,故生成的二氧化碳中碳元素的质量为0.6g;故答案为:0.6。

⑶m(H)=m(H2O)×=1.8g×=0.2g,故生成的水中氢元素的质量为0.2g;m(C):m(H)=0.6g:0.2g=3:1,故该燃料中碳元素与氢元素的质量比为3:1;故答案为:3:1。

⑷该燃料分子中C、H的原子个数比为N(C):N(H)= ∶=1:4,据碳四价的原则可知,当有机物分子中的碳氢原子个数比为1:4时,分子中只能含CH4,而不能为CH4的整数倍,又因为每个分子中含有一个氧原子,则该物质的分子式为CH4O,结构简式为CH3OH;故答案为:CH4O;CH3OH。

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【题目】“低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。为减小和消除 CO2对环境的影响,一方面世界各国都在限制其排放量,另一方面科学家加强了对 CO2 创新利用的研究。

(1)已知:①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H=-41kJ/mol

②C(s)+2H2(g)CH4(g) △H=-73kJ/mol

③2CO(g)C(s)+CO2(g) △H=-17kJ/mol

写出CO2与H2反应生成CH4和H2O(g)的热化学方程式:_____。

(2)目前工业上有一种方法是用 CO2来生产燃料甲醇。为探究该反应原理,在容积为 2L密闭容器中,充入1molCO2和 3.25molH2在一定条件下发生反应,测得 CO2、CH3OH(g)和 H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化如图所示:

①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= ____。

②下列措施一定不能使CO2的平衡转化率增大的是____ (填字母)。

A.在原容器中再充入1molCO2

B.在原容器中再充入1molH2

C.在原容器中充入1mol氦气

D.使用更有效的催化剂

E.缩小容器的容积

F.将水蒸气从体系中分离

(3)煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示:

①上述反应的正反应方向是 ____(填“吸热”或“放热”)反应;

②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作 Kp),则在恒温密闭容器中,该反应的Kp与Kc的关系是 _______,如果提高p(H2O)/p(CO),则Kp_______ (填“变大”“变小”或“不变”);使用铁镁催化剂的实际工业流程中,一般采用400℃左右,p(H2O)/p(CO) =3~5,采取此条件的原因可能是 _________ 。

(4)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统,利用该装置实现了用CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池的叙述正确的是 ____(填字母)。

A.该装置能量转化形式仅存在太阳能转化为电能

B.铜电极为正极,电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O

C.电池内部H+透过质子交换膜从左向右移动

D.反应结束后,理论上溶液的 pH 值保持不变

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