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(14分)随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。
为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为1 L的
密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJ/mol
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。![]()
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率υ(H2)=__________mol/(L·mi
n)。
②该反应的平衡常数表达式为K=__________。
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1277 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1
③C(s)+
O2(g)=CO(g) ΔH=-110.5 kJ·mol-1
④H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1
则,CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ΔH=________kJ·mol-1。
(3)2009年10月
,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。![]()
①该电池工作时,b口通入的物质为___________,c口通入的物质为___________。
②该电池负极的电极反应式为:_________________。
③工作一段时间后,当外电路中有1.2NA个电子通过时,有 g甲醇参加反应。
(4)在下列选项中与甲醇互为同系物的是_______(填字母代号),该同系物与相对分子质量相同的羧酸反应的化学方程式为______________,该反应的反应类型是____________。
试写出一种与D选项互为同分异构体且含有苯环的物质_______________。![]()
(1)上述反应的平衡常数表达式为K=
| [CH3OH] |
| [CO][H2]2 |
| [CH3OH] |
| [CO][H2]2 |
a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c.保持容器体积不变,升高温度可提高CO的转化率
d.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产量
(2)其它条件相同时,在T1、T2(T1<T2)两个不同温度下可逆反应达到平衡,请在图1中画出CO的转化率随时间变化的示意图.
(3)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-a kJ?mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-b kJ?mol-1
③H2O(g)=H2O(l)△H=-c kJ?mol-1
则 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=
| b-a-4c |
| 2 |
| b-a-4c |
| 2 |
(4)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆.甲醇燃料电池的工作原理如图2所示.
C极发生的电极反应式为:
(H:1 C:12 O:16)
| A、工业上用二氧化硅制取单质硅时,1molC理论上能置换出1molSi | B、6g的二氧化硅中含有0.4NA个共价键 | C、二氧化硅是H2SiO3的酸酐,因此能与碱反应,不能与任何酸反应 | D、由于硅酸比碳酸弱,故二氧化硅不能与碳酸钠反应 |
(18分)甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上一般可采用如下反应来合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?
?CH3OH(g)。
(1)分析该反应并回答下列问题:
①平衡常数表达式为K=__________________。
②下列各项中,不能够说明该反应已达到平衡的是________(填序号)。
A、恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化
B、一定条件下,CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
C、一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
D、一定条件下,单位时间内消耗2 mol CO,同时生成1 mol CH3OH
(2)下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
![]()
①该反应的焓变ΔH________0(填“>”、“<”或“=”)。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1________K2(填“>”、“<”或“=”)。
③若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是________。
A、升高温度
B、将CH3OH(g)从体系中分离
C、使用合适的催化剂
D、充入He,使体系总压强增大
(3)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。
![]()
①该电池工作时,b口通入的物质为______________,c口通入的物质为_____________。
②该电池正极的电极反应式为:________。
③工作一段时间后,当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时,有_____________NA个电子转移。
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(13分)2009年10月1日,我国成功举办国庆六十年阅兵活动。其中阅兵仪式上9辆电动车与混合动力车等新能源车辆的亮相,展示了综合国力、国防科技发展水平。同时也说明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上述反应符合“原子经济”原则的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②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“<”)。
③ 某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则CO的转化率为 ,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) ΔH1 = -1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH2 = -566.0 kJ/mol
③H2O(g) = H2O(l) ΔH3 = -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,
![]()
①设计如图所示的电池装置。该电池正极的电极反应为 。
② 工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池总反应的离子方程式为
。
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