题目内容
【题目】煤的气化得CO和H2,在催化剂存在条件下进一步合成甲醇(反应I),并同时发生反 应II.
I.CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) △H1 = -81 kJ mol-1
II. CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O (g) △H2
已知:①2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H3 =-221 kJ mol-1
② H2O(g)=H2O(1) △H4 =-44.0 kJ mol-1
③H2的标准燃烧热为285. 8 kJ mol-1
④反应过程中催化剂对选择性会产生影响,甲醇选择性是指转化的CO中生成甲醇的百分比。
请回答:
(1)反应 II 中△H2 =______ kJ mol-1
(2)为减弱副反应II的发生,下列采取的措施合理的是_________。
A.反应前加入少量的水蒸气 B.增压
C.降低反应温度 D.使用合适催化剂,平衡前提高甲醇的选择性
(3)在常压下,CO和H2的起始加入量为10 mol、14 mol,容器体积为10 L.选用Cu/NiO催化剂,升高温度在450℃时测得甲醇的选择性为80%,CO的转化率与温度的关系如图所示,则此温度下反应I的平衡常数K=_______,并说明CO的转化率随温度升高先增大后减小的原因:____________。
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(4)350℃时甲醇的选择性为90%,其他条件不变,画出350℃时甲醇的物质的量随时间的变化曲线。_________________
(5)甲醇燃料电池由甲醇电极、氧电极和质子交换膜构成,写出负极的电极反应式:_________。实验证明CO在酸性介质中可电解产生甲醇,写出阴极的电极反应式:__________。
【答案】 -131.3 AD 3.2 在150℃至350℃时,测量时,反应I、II未达到平衡,随温度升高,CO转化率增大,350℃后测量时,反应I、II已达到平衡,两反应均放热,平衡逆向移动,CO转化率减小 (说明:平衡时,n=6.3)
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ CO+4H++4e-=CH3OH
【解析】(1)本题考查热化学反应方程式的计算,①2C(s)+O2(g)=2CO(g),② H2O(g)=H2O(1) ,③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ·mol-1,根据II,得出:③-②-①/2,△H2=-131.3kJ·mol-1;(2)本题考查化学平衡的移动,减弱II的发生,要求II的平衡向逆反应方向移动,A、加入少量的水蒸气,增加II的生成物的浓度,平衡向逆反应方向进行,CO和H2的量增加,反应I向正反应方向进行,故A正确;B、增大压强,反应II向正反应方向进行,不利于甲醇的生成,故B错误;C、两个反应都是放热反应,降低温度,平衡都向正反应方向移动,不利于甲醇的生成,故C错误;D、根据信息④,使用合适的催化剂,提高甲醇的选择性,有利于甲醇的生成,故D正确;(3)考查化学平衡常数的计算,
CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g)
起始: 10 14 0
变化: 10×50%×80% 8 4 根据信息,有1molCO和1molH2参与反应II,因此达到平衡,CO和H2的物质的量都是5,甲醇的物质的量为4mol,根据平衡常数的表达式,K=
,代入数值解得K=3.2,在150℃至350℃时,测量时,反应I、II未达到平衡,随温度升高,CO转化率增大,350℃后测量时,反应I、II已达到平衡,两反应均放热,平衡逆向移动,CO转化率减小 ;(4)考查化学平衡计算,根据(3)的分析,当350℃时,甲醇的选择性为90%,达到平衡n(CH3OH)=6.3,即图像为:
;(5)考查电极反应式的书写,因为是质子交换膜,说明环境是酸性,甲醇在负极上失电子,转变成CO2,因此负极反应式为: CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ ;根据电解原理,阴极上得电子,化合价降低,CO中C的化合价为+2价,甲醇中C的化合价为-2价,因此阴极反应式为CO+4H++4e-=CH3OH。
【题目】利用水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂,以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程,回答下列问题:
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已知:①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等.
②沉淀I中只含有两种沉淀。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表.
沉淀物 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Co(OH)2 | Al(OH)3 | Mn(OH)2 |
开始沉淀 | 2.7 | 7.6 | 7.6 | 4.0 | 7.7 |
完全沉淀 | 3.7 | 9.6 | 9.2 | 5.2 | 9.8 |
(1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子反应方程式为___________。
(2)NaClO3在浸出液中发生的离子反应方程式为_________________。
(3)加入Na2CO3调PH至5.2,目的是__________________________;萃取剂层含锰元素,则沉淀II的主要成分为_____________。
(4)操作I包括:将水层加入浓盐酸调整PH为2~3,___________、____________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。
(5)为测定粗产品中CoCl2·6H2O含量,称取一定质量的粗产品溶于水,加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液,过滤、洗涤、干燥,测沉淀质量。通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O质量分数大于100%,其原因可能是____________________(回答一条原因即可)。
(6)将5.49g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)置于空气中加热,受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质,其质量如下表.
温度范围/℃ | 固体质量/g |
150~210 | 4.41 |
290~320 | 2.41 |
经测定,整个受热过程,只产生水蒸气和CO2气体,则290~320℃温度范围,剩余的固体物质化学式为__。
[已知: CoC2O4·2H2O的摩尔质量为183g·mol-1]