【題目】甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料,在工業(yè)上常用CO和H2合成甲醇,反應(yīng)方程式為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。

已知:

①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H1=-283.0kJ/mol

②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H2=-241.8kJ/mol

③CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-192.2kJ/mol

回答下列問(wèn)題:

(1)計(jì)算CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反應(yīng)熱△H4=________________。

(2)若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1 mol CO、2 mol H2,發(fā)生CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)反應(yīng),下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻為平衡狀態(tài)的是________(填選項(xiàng)字母)。

(3)T1℃時(shí),在一個(gè)體積為5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2,經(jīng)過(guò)5 min達(dá)到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為0.8,則5 min內(nèi)用H2表示的反應(yīng)速率為v(H2)=_______________________。T1℃時(shí),在另一體積不變的密閉容器中也充入1 mol CO、2 mol H2,達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.7,則該容器的體積______5 L(填“>”“<”或“=”);T1℃時(shí),CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=____________________________

(4)為了提高燃料的利用率可以將甲醇設(shè)計(jì)為燃料電池,寫(xiě)出KOH作電解質(zhì)溶液時(shí),甲醇燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式:_________________________。該電池負(fù)極與水庫(kù)的鐵閘相連時(shí),可以保護(hù)鐵閘不被腐蝕,這種電化學(xué)保護(hù)方法叫做___________。

(5)含有甲醇的廢水隨意排放會(huì)造成水污染,可用ClO2將其氧化為CO2,然后再加堿中和即可。寫(xiě)出處理甲醇酸性廢水過(guò)程中,ClO2與甲醇反應(yīng)的離子方程式:_________。

【答案】-574.4kJ/mol d 0.064mol/(L·min) 625 CH3OH-6e+8OH=CO32-+6H2O 外加電流的陰極保護(hù)法 5CH3OH+6ClO2=6Cl+5CO2+6H+7H2O

【解析】

(1)結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算,①+②×2-③得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式,求出焓變;

(2)反應(yīng)為放熱反應(yīng),根據(jù)平衡狀態(tài)的特征判斷各圖象

(3)結(jié)合化學(xué)三段式法列式計(jì)算,反應(yīng)速率為v(H2)=△c/△t,氣體物質(zhì)的量之比等于氣體體積之比,平衡常數(shù)隨溫度變化,K=生成物平衡濃度冪之乘積/反應(yīng)物平衡濃度冪之積;

(4)燃料原電池中,燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)為負(fù)極,通入氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)為正極,電解池中陰極被保護(hù);

(5)根據(jù)信息:二氧化氯和甲醇反應(yīng),生成Cl、CO2和水。

(1)已知:

①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H1=-283.0kJ/mol

②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H2=-241.8kJ/mol

③CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-192.2kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算①+②×2-③得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式的△H4=-574.4KJ·mol1;

(2)a、在圖1中,t1時(shí)刻如果達(dá)到平衡,正反應(yīng)速率應(yīng)不變,而不是隨時(shí)間間改變而減小,故a錯(cuò)誤;

b、充入1molCO、2molH2,生成甲醇放出熱量,反應(yīng)體系的溫度升高,K減小,而不是增大,故b錯(cuò)誤;

c、t1時(shí)刻一氧化碳與甲醇的物質(zhì)的量相等,但二者物質(zhì)的量依然在變化,不是平衡狀態(tài),故c錯(cuò)誤;

d、隨著反應(yīng)的進(jìn)行,一氧化碳的質(zhì)量減小,一氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變,說(shuō)明各物質(zhì)的質(zhì)量不變,反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),故d正確;故選d。

(3)T1時(shí),在一個(gè)體積為5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2,經(jīng)過(guò)5 min達(dá)到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為0.8,根據(jù)三段式法有

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol·L1) 0.2 0.4 0

變化量(mol·L1) 0.16 0.32 0.16

平衡量(mol·L1) 0.04 0.08 0.16

5min內(nèi)用H2表示的反應(yīng)速率為v(H2)=0.32mol·L1/5min=0.064mol/(L·min);

溫度不變,T1時(shí),在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H2,達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.7,轉(zhuǎn)化率減小說(shuō)明平衡左移,體積增大,則該容器的體積大于5 L;

T1時(shí),CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=0.16/(0.04×0.082)=625;

(4)燃料原電池中,甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng),通入燃料甲醇的電極為負(fù)極,電極反應(yīng)式為:CH3OH+8OH-6e═CO32+6H2O,當(dāng)電池負(fù)極與水庫(kù)的鐵閘相連時(shí),可以保護(hù)鐵閘不被腐蝕,是利用鐵閘做電解池陰極被保護(hù),名稱為:外加電流的陰極保護(hù)法;

(5)根據(jù)信息:二氧化氯和甲醇反應(yīng),生成Cl、CO2和水,根據(jù)得失電子守恒和原子守恒,該反應(yīng)的離子方程式為:6ClO2+5CH3OH=6Cl+5CO2+6H+7H2O。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(1)寫(xiě)出單質(zhì)R的一種工業(yè)用途_______________________

(2)M和R的最高價(jià)氧化物的水化物中酸性最強(qiáng)的是___________(用化學(xué)式表示)。

(3)下圖表示由上述元素中的某兩種元素組成的氣體分子在一定條件下的密閉容器中充分反應(yīng)前后的轉(zhuǎn)化關(guān)系,寫(xiě)出該轉(zhuǎn)化過(guò)程的化學(xué)方程式為____________________。

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(5)科學(xué)家認(rèn)為存在QX5這種物質(zhì),且預(yù)測(cè)其與水劇烈反應(yīng)放出氣體,所得水溶液呈弱堿性,已知QX5中含有離子鍵和極性鍵,寫(xiě)出化合物的電子式___________

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(3)由B到C的反應(yīng)類型為___________________

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1)上述反應(yīng)中生成二氧化硫的化學(xué)方程式為______________________________。

2)乙同學(xué)認(rèn)為還可能產(chǎn)生氫氣的理由是__________________________________。

3)丙同學(xué)在安裝好裝置后,必不可少的一步操作是________________________。

4A中加入的試劑可能是_____,作用是__________________________________;B中加入的試劑可能是_____,作用是__________________________________;E中加入的試劑可能是_____,作用是__________________________________。

5)可以證明氣體X中含有氫氣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是:C中:_________________________,D中:_________________________ 。如果去掉裝置B,還能否根據(jù)D中的現(xiàn)象判斷氣體X中有氫氣?_____ (填“能”或“不能”),原因是______________________________________________________。

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