能源短缺是人类社会面临的重大问题,利用化学反应可实现多种形式的能量相互转化。请回答以下问题:
(1)由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析,化学反应的过程就是旧键断裂和新键的形成过程。已知反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) △H=-93 kJ·mol-1。试根据表中所列键能数据,计算a 的数值为_______kJ/mol。
| 化学键 | H-H | N-H | N≡N |
| 键能/kJ·mol-1 | 436 | a | 945 |
① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH =a kJ/mol
② H2O(g)=H2O(l) ΔH =b kJ/mol
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式: 。
(3)可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。如下图1,用Pt作电极材料,用氢氧化钾溶液作电解质溶液,在两个电极上分别充入甲醇和氧气。
①写出燃料电池正极的电极反应式 。②若利用该燃料电池提供电源,与图1右边烧杯相连,在铁件表面镀铜,则铁件应是 极(填”A”或”B”);当铁件的质量增重6.4g时,燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为 L。
(4)如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾(电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过)。
①该电解槽的阳极反应式为 ,单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为 。
②从出口D导出的溶液是 (填化学式)。
燃煤废气中的氮氧化物(NOx)、二氧化碳等气体,常用下列方法处理,以实现节能减排、废物利用等。
(1)①对燃煤废气进行脱硝处理时,常利用甲烷催化还原氮氧化物,如:
CH4 (g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160 kJ·mol-1
则CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)等的热化学方程式为 。
②若用甲烷作为燃料电池的原料,请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式 。
(2)将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为:
2CO2(g) + 6H2(g)
CH3OCH3(g) + 3H2O(g) △H < 0
①对于该反应下列说法正确的是( )
| A.若温度升高,则反应的平衡常数K将增大” |
| B.一定条件下增加H2的浓度可以提高反应速率 |
| C.加入催化剂可提高CO2的转化率 |
| D.恒温恒容条件下若压强保持不变,可认为反应到达平衡状态 |
(1)在25℃、101kPa下,16g甲烷燃烧生成CO2和液态水时放热889.6kJ。则表示甲烷燃烧的热化学方程式为_________________________________________________。
(2) 下列说法正确的是(填序号)__ __:(漏选得1分,错选、多选得0分)
| A.相同温度下,0.1 mol?L-1NH4Cl溶液中NH4+的浓度比0.1 mol?L-1氨水中NH4+的浓度大; |
| B.用稀盐酸洗涤AgCl沉淀比用水洗涤损耗AgCl小; |
| C.电解饱和食盐水时,阳极得到氢氧化钠溶液和氢气; |
| D.对于Al(OH)3(s) |
E. 除去溶液中的Mg2+,用OH-沉淀Mg2+比用CO32-效果好,说明Mg(OH)2的溶解度比
MgCO3的大;
(14分)研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)已知石墨的标准燃烧热为y kJ·mol-1,1.2g石墨在1.68L(标准状况)氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出x kJ热量。则石墨与氧气反应生成CO的热化学方程式为 ,
(2)高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。
①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是 。
②由MgO可制成“镁—次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如图1,该电池反应的离子方程式为 。
图1 图2 图3
(3)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g) +3H2(g)
CH3OH(g) +H2O(g) △H
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇反应的ΔH (填“>” “<”或“=”)0。
③在两种不同条件下发生反应,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图3所示,曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ KⅡ(填“>” “<”或“=”)。
④一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式投入反应物,一段时间后达到平衡。
| 容 器 | 甲 | 乙 |
| 反应物 投入量 | 1molCO2 3molH2 | a molCO2、b molH2、 c molCH3OH(g)、c molH2O(g) |
若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持反应逆向进行,则c的取值范围为 。