题目内容

2．甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用．工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：
（i）CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1
（ii）2CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1
（iii）2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H3=-566.0kJ•mol-1
（1）用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学力程式为2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1．
（2）在容积相同的一个恒容密闭容器I、Ⅱ、Ⅲ中均充入1mol CO和2mol H2，发生反应（ii），三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变．如图1为三个容器中的反应均进行到t min时CO的体积分数示意图．此时，三个容器中一定达到平衡状态的是容器Ⅲ：当三个容器中的反应均达到平衡状态时，CO的转化率最低的是容器Ⅲ，平衡常数最大的是容器Ⅰ．
CH3OH（g）+CO（g）?HCOOCH3（g）△H=-29.1kJ•mol-1
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为
科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如图2和图3：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是4.0×106Pa（填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”）．
②实际工业生产中采用的温度是80℃．其理由是高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低．
（4）直接甲醇燃料电池（简称DMFC）其结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．DMFC的工作原理如图4所示：
①通入b气体的电极是电池的正（填”正”或“负”）极，通入a气体的电极放电时的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+．
②常温下，用此电池以惰性电极电解0.5L硫酸铜溶液（足量）．若阴极质量增重1.6g．则电解后溶液的pH为1（忽略溶液的体积变化）．

分析 （1）根据盖斯定律计算书写热化学方程式，根据（Ⅰ）CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1
（Ⅱ）CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1
（Ⅲ）2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H3=-566.0kJ•mol-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得到所需热化学方程式；
（2）2CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1，这是一个热反应放，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且T1＜T2＜T3，若未达平衡，温度越高反应速率越快，相同时间内氮气的含量越低，tmin时，氮气的含量Ⅲ比Ⅱ和Ⅰ高，故Ⅲ到达平衡；对于放热反应而言，温度高会向吸热方向进行程度更大，所以CO的转化率随温度升高而降低，当三个容器中的反应均达到平衡状态时，CO的转化率最低的是容器是温度最高的容器Ⅲ；反应进程越大，转化率越高，平衡常数越大，所以平衡常数平衡常数最大的是转化率最大的容器，即温度最低的容器Ⅰ；
（3）①依据转化率曲线分析判断，图象中转化率变化最大的是4.0×106Pa；
②图象分析速率随温度变化的趋势分析回答，温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大；
（4）①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应；
②根据电解池的工作原理和电极方程式来计算．

解答 解：（1）根据（Ⅰ）CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1
（Ⅱ）CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1
（Ⅲ）2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H3=-566.0kJ•mol-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H，故△H=2△H1+2△H2+△H3=（+247.3kJ•mol-1）×2+（-90.1kJ•mol-1）×2+（-566.0kJ•mol-1）=-251.6kJ•mol-1，所以用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1，
故答案为：2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1；
（2）2CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1，这是一个热反应放，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且T1＜T2＜T3，若未达平衡，温度越高反应速率越快，相同时间内氮气的含量越低，tmin时，氮气的含量Ⅲ比Ⅱ和Ⅰ高，故Ⅲ到达平衡；对于放热反应而言，温度高会向吸热方向进行程度更大，所以CO的转化率随温度升高而降低，当三个容器中的反应均达到平衡状态时，CO的转化率最低的是容器是温度最高的容器Ⅲ；反应进程越大，转化率越高，平衡常数越大，所以平衡常数平衡常数最大的是转化率最大的容器，即温度最低的容器Ⅰ，
故答案为：Ⅲ；Ⅲ；Ⅰ；
（3）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率变化最大的是4.0×106Pa，
故答案为：4.0×106Pa；
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，
故答案为：高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低；
（4）①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，
故答案为：正；CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；
②用此电池以惰性电极电解0.5L硫酸铜溶液（足量），电解反应离子方程式为：2Cu2++2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+4H++O2↑，当若阴极质量增重1.6g时，则生成铜的质量为1.6g，物质的量为0.025mol，所以产生的氢离子的物质的量为0.05mol，氢离子的浓度为：c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，所以PH=-lgc（H+）=-lg0.1=1，
故答案为：1．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、热化学方程式的计算书写、化学平衡的计算、图象分析判断以及电化学的知识等，注意掌握基础知识的掌握，题目难度中等．

练习册系列答案
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已知：①E的相对分子质量在70～80之间，步骤④的反应类型是加成反应
②（X为卤原子，R为取代基）
回答下列问题：
（1）B的名称是2-羟基丙酸（或乳酸）；反应①的反应试剂和反应条件是浓硫酸、加热；⑥的反应类型是取代反应；
（2）E的结构简式为；反式肉桂酸的结构简式为．
（3）由C制取D的化学方程式为；
（4）肉桂酸的同分异构体中能同时满足下列条件：①能与FeCl3溶液发生显色反应②能使溴的四氯化碳溶液褪色③能发生银镜反应，共有16种（不考虑立体异构）；其中苯环上只有两个取代基，核磁共振氢谱为6组峰、且峰面积比为2：2：1：1：1：1的是（写结构简式）．
（5）请运用所学知识并结合信息：，设设计由A（C2H4）制备B的合成路线（无机试剂任选）：．
10．醋酸亚铬水合物[Cr（CH3COO）2]2•2H2O（相对分子质量为376）是一种为红棕色晶体，极易被氧气氧化，微溶于乙醇，不溶于水和乙醚（易挥发的有机溶剂）．
实验原理：
（1）用锌将三价铬还原为二价或将正六价铬还原为二价铬，再与醋酸钠溶液作用制得[Cr（CH3COO）2]2•2H2O．写出下列实验中反应的离子方程式2Cr3++Zn+4CH3COO-+2H2O═Zn2++[Cr（CH3COO）2]2•2H2O（用一个方程式表示）．
实验装置：如图．    
实验步骤：
①检查装置气密性后，往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl3溶液．
②关闭K2打开K1，旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速．
③待三颈烧瓶内的溶液由深绿色（Cr3+）变为亮蓝色（Cr2+）时，把溶液转移到装置乙中，当出现大量红棕色晶体时，关闭分液漏斗的旋塞．
④将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥，称量．
实验问题与探究：
（2）仪器b的名称是分液漏斗．导管a的作用是平衡压强，有利于分液漏斗内的液体顺利滴下、并导气．
（3）实现步骤③中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为关闭K1，打开K2．
（4）装置丙中导管口水封的目的是防止空气进入装置乙中氧化Cr2+．
（5）若使用该装置制备Fe（OH）2，且能较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀现象．则在乙装置中应加入的试剂为NaOH（写化学式）溶液．
（6）已知其它反应物足量，实验时向甲中加50mL 1.2mol•L-1的CrC13溶液；实验后得干燥纯净的[Cr（CH3COO）2]2•2H2O晶体9.4g，则该实验所得产品的产率为83.3%（不考虑溶解的醋酸亚铬水合物）．
（7）已知：常温下Ka（CCl3 COOH）=1.0×10-1mo1•L-1，Ka（CH3COOH）=1.7×10-5•mol•L-1，请设计实验证明三氯乙酸、乙酸的酸性强弱分别测定0.1 mol•L-1两种酸溶液的pH，三氯乙酸的pH较小，证明三氯乙酸的酸性强于乙酸．
17．某学习小组按如下实验过程测量海带中碘的含量

上述实验过程对仪器选择不合理的是（　　）
ABCD
 
 
 
 
Ⅰ		 
 
 
 
Ⅱ		 
 
 
 
Ⅲ		 
 
 
 
Ⅳ
A．AB．BC．CD．D
7．下列有关说法正确的是（　　）
A．H2、SO2、CO2三种气体都可用浓硫酸干燥
B．Fe（OH）3胶体为无色、透明，能发生丁达尔现象
C．在酒精灯加热条件下，Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解
D．SiO2既能和氢氟酸反应又能和氢氧化钠溶液反应，所以是两性氧化物
14．向盛有FeCl3溶液的试管中滴入KSCN溶液，溶液呈（　　）
A．无色B．红色C．蓝色D．浅绿色
11．下列说法不正确的是（　　）
A．配制一定物质的量浓度的硫酸溶液时，定容时俯视会造成溶液浓度偏高
B．量取15.20mL AgNO3溶液可以用酸式滴定管
C．过滤完毕，洗涤沉淀时应该向漏斗中加水至没过沉淀，用玻璃棒搅拌充分洗剂，重复2～3次
D．蒸发浓缩CuSO4溶液时，要用玻璃棒搅拌防止溶液溅出
12．有下列四组物质，如果把该组某组物质中的后者逐滴加入到前者中至过量，将出现“先产生白色沉淀，白色沉淀质量达到最大值后不溶解”的现象，这组物质是（　　）
A．硝酸银、氨水B．硫酸亚铁溶液、氢氧化钠溶液
C．明矾溶液、氢氧化钡溶液D．氯化铝溶液、氢氧化钠溶液

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