题目内容

以甲醇为替代燃料是解决我国石油资源短缺的重要措施.
(1)CO、CO2可用于甲醇的合成,其相关反应的热化学方程式如下:
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-102.5kJ?mol-1
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H=-42.9kJ?mol-1
则反应CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=
 
kJ?mol-1
反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)的平衡常数K的表达式为
 
.
(2)用CO2合成甲醇时可选用亚铬酸锌(ZnCr2O4)或CuCl为催化剂.
①工业制备亚铬酸锌是用CO还原ZnCrO4?H2O,同时生成ZnO.该反应的化学方程式是
 
.以亚铬酸锌为催化剂时,工业上的适宜温度是:350℃~420℃,可能的原因是
 
.
②CuCl是不溶于水的白色固体,制备时向CuCl2溶液中加入过量铜粉,发生反应CuCl2+Cu═2CuCl.在实验过程中应先加入浓盐酸,发生反应CuCl+HCl?H[CuCl2].反应结束后将溶液倒入蒸馏水中有CuCl生成.实验过程中加入浓盐酸的目的是
 
.当c(Cl-)=2×10-3 mol?L-1时,c(Cu+-)=
 
 mol?L-1.已知:Ksp(CuCl)=1.7×10-7
(3)直接甲醇燃料电池结构如图所示,则负极反应是
 
.
考点:热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)根据盖斯定律及题中热化学方程式计算出反应CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)的△H;根据化学平衡常数的概念及表达式写出反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)的平衡常数K的表达式;
(2)①根据题干信息“制备亚铬酸锌是用CO还原ZnCrO4?H2O,同时生成ZnO”确定反应物、生成物,然后写出反应的化学方程式;催化剂在一定温度下才能具有较强的催化活性;
②根据浓盐酸发生的反应结合平衡移动原理来解释,根据CuCl的Ksp=c(Cu+)?c(Cl-)计算出c(Cu+);
(3)燃料电池中,负极失去电子发生氧化反应,甲醇在反应中被氧化,所以负极反应为甲醇失去电子生成二氧化碳的反应.
解答: 解:(1)①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-102.5kJ?mol-1
②CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H=-42.9kJ?mol-1
根据盖斯定律①-②可得:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-102.5kJ?mol-1-(-42.9kJ?mol-1)=-59.6kJ?mol-1;
反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)的平衡常数K的表达式为:K=
c(CO2)?c(H2)
c(CO)?c(H2O)
,
故答案为:-59.6;K=
c(CO2)?c(H2)
c(CO)?c(H2O)
;
(2)①制备亚铬酸锌(ZnCr2O4)是用CO还原ZnCrO4?H2O,同时生成ZnO,反应的化学方程式为:2ZnCrO4?H2O+3CO=ZnO+ZnCr2O4+3CO2+2H2O;
催化剂在一定温度下才能具有较强的催化活性,以亚铬酸锌为催化剂时,工业上的适宜温度是:350℃~420℃,说明此时催化剂亚铬酸锌的活性最大,
故答案为:2ZnCrO4?H2O+3CO=ZnO+ZnCr2O4+3CO2+2H2O;此时催化剂亚铬酸锌的活性最大(或温度升高,反应速率增大);
②制备CuCl时,向CuCl2溶液中加入过量铜粉,发生反应CuCl2+Cu═2CuCl,在实验过程中应先加入浓盐酸,发生反应CuCl+HCl?H[CuCl2],由此可见加入浓盐酸可以促使平衡正向移动,这样可以防止CuCl固体覆盖在Cu表面,影响反应的进行;
当c(Cl-)=2×10-3 mol?L-1时,CuCl的Ksp=c(Cu+)?c(Cl-),则c(Cu+)=
Ksp
c(Cl-)
=
1.7×10-7
2×10-3
=8.5×10-5mol/L,
故答案为:促使平衡正向移动,防止CuCl固体覆盖在Cu表面,影响反应的进行;8.5×10-5;
(3)燃料电池中,负极发生氧化反应,甲醇在反应中被氧化成二氧化碳,所以负极电极反应为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+,
故答案为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+.
点评:本题考查了热化学方程式、化学新型燃料电池及工作原理、化学平衡常数的概念及表达式、难溶电解质的沉淀溶解平衡,题目难度中等,试题涉及的知识点较多,注意掌握原电池工作原理、化学平衡常数的计算方法,能够根据盖斯定律书写目标热化学方程式.
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