能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应I: CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g) ΔH1
反应II: CO2(g) + 3H2(g)
CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
①下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(K)。
| 温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
| K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
由表中数据判断ΔH1 0 (填“>”、“=”或“<”)。
②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,5min后该反应达到平衡,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则用H2表示的该反应的反应速率为: ,此时的温度为 (从上表中选择)。
(2)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH = -1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH = -566.0 kJ/mol
③ H2O(g) = H2O(l) ΔH = -44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置。
①该电池正极的电极反应为 。
② 用该电池电解200mL饱和食盐水(溶质足量),一段时间后,阴极得标况下气体2.24L,电解后溶液的pH为 (溶液体积变化忽略不计),要使电解后溶液复原,所加物质为 (填名称)。
在元素周期表中处于相邻位置的元素在结构和性质上有许多相似的地方。第二周期的碳、氮、氧、氟都可以形成氢化物,氧元素的氢化物除H
O外,还有H
O
;碳元素的氢化物除CH
外,还有C
H
等;与之相似的氮元素的氢化物除外,还有N
H
等。
(1)碳原子之间可以结合成链状结构,氮原子之间也可以形成链状结构,假设氮原子间只以氮氮单键形式连接成链状,并形成氢化物,则该系列氢化物的通式为 。
(2)该系列中的N
H
是“神六”发射时火箭所用的液体燃料,液态的四氧化二氮作氧化剂,此液态燃料的优点是产生的能量大且无污染。已知40g N
H
在火箭发射时反应中放出710kJ热量,写出火箭发射时该反应的热化学方程式: 。
(3)该系列物中的NH
对农业、化学、国防工业具有重要意义。其合成原理为:
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I.在一定温度下,将1.5molN
和6 molH
通入到一个固定容积为VL的密闭容器中,当反应达到平衡时,容器内气体的压强为起始时的80%,则
此时反应放出的热量为 kJ.
H
的转化率= 。
该温度下合成氨反应的平衡常数
= (只列数字表达式)
II.在保持温度不变,相同体积的密闭容器中,将起始的物质的量改为amolN
、bmolH
、cmolNH
,平衡时NH
的物质的量分数为25%,则:
达到平衡时,I和II放出的热量 (填字母代号)
| A.一定相等 |
| B.前者一定小于后者 |
| C.前者等于或小于后者 |
| D.前者等于或大于后者 |
欲使开始时反应正向进行,a的取值范围为 。
在80℃时,0.40mol的N2O4气体充入2L已经抽空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
| 时间(s) n(mol) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| n(N2O4) | 0.40 | a | 0.20 | c | d | e |
| n(NO2) | 0.00 | 0.24 | b | 0.52 | 0.60 | 0.60 |
(2)计算在80℃时该反应的平衡常数K 。
(3)反应进行至100s后将反应混合物的温度降低,混合气体的颜色 (填“变浅”、“变深”或“不变”)。
(4)要增大该反应的K值,可采取的措施有(填序号) ,若要重新达到平衡时,使[NO2]/[N2O4]值变小,可采取的措施有(填序号) 。
| A.增大N2O4的起始浓度 | B.向混合气体中通入NO2 |
| C.使用高效催化剂 | D.升高温度 |