题目内容
19.甲醇是一种重要的可再生能源.(1)已知2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=a kJ•mol-1
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=b kJ•mol-1
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程式2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol.
(2)还可通过下列反应制甲醇:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g).甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况.从反应开始到达平衡,用H2表示反应速率υ(H2)=0.15mol/(L•min).
(3)在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H2,CO的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如乙图所示.
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是BD(填字母).
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的体积分数不再改变
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
D.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小PA<PB(填“>、<、=”).
③若达到化学平衡状态A时,容器的体积为20L.如果反应开始时仍充入10molCO和20molH2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=4L.
(4)以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极).
①若KOH溶液足量,则写出电池负极反应式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O.
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8mol,当有0.5mol甲醇参与反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+).
分析 (1)利用盖斯定律,1式加2式的二倍即可得到该方程式及焓变;
(2)根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$,结合物质表示的反应速率之比等于物质前边的系数之比来计算;
(3)①平衡标志是正逆反应速率相同,各成分浓度保持不变分析判断选项;
②正反应方向为气体体积减小的方向,T1℃时比较CO的转化率,转化率越大,则压强越大;
③A、B反应温度相等,则平衡常数相等,利用平衡常数计算;
(4)①燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式,在碱性环境下,二氧化碳转化为碳酸根离子,据此书写;
②当有0.5mol甲醇参与反应时,产生的二氧化碳是0.5mol,和0.8mol氢氧化钾反应,根据元素守恒可以计算n (K2CO3)=0.3mol,n (KHCO3)=0.2mol,据此确定离子浓度的大小顺序.
解答 解:(1)已知①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=a KJ/mol
②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=b KJ/mol,①+②×2可得到2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol,
故答案为:2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol;
(2)用甲醇表示的反应速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/(L•min),氢气表示的反应速率是甲醇的2倍,即0.15mol/(L•min),
故答案为:0.15mol/(L•min);
(3)①A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍,不能说明正逆反应速率相等,不一定平衡,故A错误;
B.H2的体积分数不再改变是化学平衡的特征,达到了平衡,故B正确;
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等,不能说明正逆反应速率相等,不一定平衡,故C错误;
D.体系中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值,物质的量变化,质量不变,所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变,证明达到了平衡,故D正确.
故选BD;
②正反应方向为气体体积减小的方向,T1℃时比较CO的转化率,转化率越大,则压强越大,图象中PB转化率大于PA,可知PA<PB,故答案为:<;
③A、B两容器温度相同,即化学平衡常数相等,且B点时CO的转化率为0.8,
则 CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始(mol):10 20 0
转化(mol):8 16 8
平衡(mol):2 4 8
设体积为VL,则有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×(\frac{4}{V})^{2}}$=4,V=4L,
故答案为:4;
(4)①燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式,在碱性环境下,二氧化碳转化为碳酸根离子,即2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,
故答案为:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O;
②当有0.5mol甲醇参与反应时,产生的二氧化碳是0.5mol,和0.8mol氢氧化钾反应,根据元素守恒可以计算n (K2CO3)=0.3mol,n (KHCO3)=0.2mol,二者的水溶液均为碱性,所以C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+),
故答案为:C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+).
点评 本题主要考查了热化学方程式的书写、电解质溶液中离子浓度大小比较、原电池原理分析、化学平衡状态的判断以及平衡的计算的知识,属于综合知识的考查,题目难度中等.
| A. | 2SO2(g)+O2(g)═2SO3(l)+Q,Q>196.64kJ | |
| B. | 2mol SO2气体和过量的O2充分反应放出196.64kJ热量 | |
| C. | 1 L SO2(g)完全反应生成1L SO3(g),放出98.32 kJ热量 | |
| D. | 使用催化剂,可以减少反应放出的热量 |
| A. | 0.2molNa202和Na2S的混合物中共含有离子数目为0.6NA | |
| B. | 2.24LNz和足量Hz充分反应转移的电子数目为0.6NA | |
| C. | 含氢原子1.806×l024的甲基中含有的质子数为10NA | |
| D. | 1.0L1.0mol/LFeCI3溶液全部转化成氢氧化铁胶体所得胶粒数目为NA |
| A. | 铝及其合金使用广泛,是因为铝比铁更耐酸、碱的腐蚀 | |
| B. | 通过红外光谱分析可以区分乙醇与乙酸乙酯 | |
| C. | 大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应实现的 | |
| D. | 通常所说的三大合成材料是指塑料、合成橡胶和合成纤维 |
| A. | 与漂白粉溶液反应的离子方程式:Ca2++SO32-=CaSO3↓ | |
| B. | 通入HCl至溶液pH=7:c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(Cl-) | |
| C. | 加入NaOH固体可使溶液中水的电离程度增大 | |
| D. | 通入SO2至过量:c(Na+)=2[c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)] |
| A. | CH3COONa溶液中加入少量KCl固体后的碱性溶液一定有:c(Na+)-c(CH3COO-)=c(OH-)-c(H+) | |
| B. | 同浓度的CH3COONa和NaClO混合液中各离子浓度大小关系是:c(Na+)>c(ClO-)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+) | |
| C. | 常温下,在10mL pH=12的氢氧化钠溶液中加入pH=2的HA至pH刚好等于7,所得溶液体积V(总)≤20mL(忽略溶液体积变化) | |
| D. | 某温度下,pH=11的NH3•H2O和pH=1的盐酸等体积混合后恰好完全反应,反应后的溶液中NH4+、NH3•H2O与NH3三种微粒的平衡浓度之和为0.05 mol•L-1(忽略溶液体积变化) |
| A. | 溶液中只含Fe3+、SO42-、Cl- | |
| B. | 溶液中只含Cu2+、SO42- | |
| C. | 需要利用焰色反应才能确定有无Na+ | |
| D. | 溶液中肯定没有I-但无法确定有无Cl- |