题目内容
10.甲醇是一种可再生燃料,它的沸点为64.7℃,有科学家提出:把含有过量CO2的空气吹入碳酸钾溶液中,然后再把CO2从溶液中提取出来,经化学反应后得到甲醇,其构想流程如图所示:试回答下列问题:
(1)写出吸收池中主要反应的化学方程式K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;
(2)在2×105Pa、300℃合成塔中,若有440g CO2与H2恰好完全反应生成甲醇和水,放出495kJ的热量,试写出合成塔中发生反应的热化学方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1 (2×105Pa、300℃);
(3)在合成塔中发生的是放热反应,高温不利于甲醇的生成,合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是该温度下催化剂的活性最高,较低温时反应速率过慢,生产效率低,若要提高甲醇的产率,可采取的措施有(写两条)降温、加压;
(4)甲醇的一个重要作用是可以制燃料电池,常用KOH作电解质溶液,负极的电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H;
(5)986℃时,在容积不变的密闭容器中加入一定量的CO2和H2发生反应:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),CO2、H2的起始浓度都为1.0mol•L-1,达到平衡浓度时CO2、H2的浓度均变为0.44mol•L-1,试计算986℃时,该反应的平衡常数(写出计算过程,保留2位有效数字).
分析 (1)二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾;
(2)反应方程式为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g),计算1mol二氧化碳反应放出的热量,进而书写热化学方程式;
(3)在合成塔中发生的是放热反应,高温不利于甲醇的生成,较低温时反应速率过慢,合成塔中维持300℃的较高温度,可以提高反应速率,催化剂在此温度下活性最大;
若要提高甲醇的产率,应改变条件使平衡向正反应方向移动,依据平衡移动原理分析解答;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子与水;
(5)计算各物质的平衡浓度,代入平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$计算.
解答 解:(1)二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾,反应的方程式为:K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3,故答案为:K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;
(2)反应的方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g),n(CO2)=$\frac{440g}{44g/mol}$=10mol,完全转化为甲醇出495 kJ的热量,则生成1 mol CH3OH放出热量49.5 kJ的热量,所以热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1 (2×105Pa、300℃),
故答案为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1 (2×105Pa、300℃);
(3)在合成塔中发生的是放热反应,高温不利于甲醇的生成,较低温时反应速率过慢,生产效率低,合成塔中维持300℃的较高温度的原因提高反应速率,催化剂在此温度下活性最大,反应是放热反应,气体体积减小的反应,依据平衡移动原理可知反应正向进行提高甲醇的产率,应采取降温、加压,或将甲醇从混合体系中分离出来的措施,
故答案为:该温度下催化剂的活性最高,较低温时反应速率过慢,生产效率低;降温、加压或将甲醇从混合体系中分离出来;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子与水,负极电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O;
(5)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)
起始物质的量浓度(mol•L-1):1.0 1.0 0 0
转化物质的量浓度(mol•L-1):0.56 0.56 0.56 0.56
平衡物质的量浓度(mol•L-1):0.44 0.44 0.56 0.56
平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$=$\frac{0.56×0.56}{0.44×0.44}$≈1.6,
答:986℃时,该反应的平衡常数为1.6.
点评 本题甲醇合成为载体,考查热化学方程式书写、对条件控制的分析评价、化学反应速率与化学平衡影响因素、电极反应式书写、平衡常数计算等,基本属于拼合型题目,难度中等.
| 序号 | ① | ② |
| pH | 12 | 12 |
| 溶液 | 氨水 | 氢氧化钠溶液 |
| A. | ①②两溶液中c(OH-)相等 | |
| B. | ①②两溶液分别加水稀释10倍,稀释后溶液的pH:①>② | |
| C. | ①溶液的物质的量浓度为0.01mol•L-1 | |
| D. | 等体积的①②两溶液分别与0.01 mol•L-1的盐酸完全中和,消耗盐酸的体积:①>② |
| X | Y | ||
| W | Z | ||
| T |
| A. | X、Y、Z最低价氢化物的沸点依次升高 | |
| B. | X、Y和氢形成的化合物中只有共价键 | |
| C. | WY2、W3X4、WZ4均为原子晶体 | |
| D. | 元素T的单质可作半导体材料,T与Z元素可形成化合物TZ4 |
| A. | 可用足量Br2的四氯化碳溶液除去甲烷中的乙烯 | |
| B. | 蛋白质溶液中加入CuSO4溶液后,蛋白质析出,再加水不溶解 | |
| C. | 苯的硝化反应属于取代反应 | |
| D. | 往溴水中加入苯,振荡,溴水变为无色,说明苯与溴发生加成反应 |
| A. | 某物质的水溶液PH<7,则该物质一定是酸或强酸弱碱盐 | |
| B. | pH=4.5的番茄汁中c(H+)是pH=6.5的牛奶中c(H+)的100倍 | |
| C. | 稀释醋酸溶液,溶液中所有离子的浓度均降低 | |
| D. | pH=5.6的CH3COOH与CH3COONa混合溶液中,c(Na+)>c(CH3COO-) |
| A. | a:(b+c+d)=1:1.5 | B. | (a+b):(c+d)=1:1 | C. | a=b=c=d=1.12L | D. | a+b+c=d=0.2mol |
| A. | 如果电子云图象是由两个s电子重叠形成的,即形成s-sσ键 | |
| B. | s电子与p电子形成s-pσ键 | |
| C. | p电子和p电子不能形成σ键 | |
| D. | HCl分子里含有一个s-pσ键 |