Question

有效利用現(xiàn)有資源是解決能源問題的一種實(shí)際途徑。發(fā)展“碳一化學(xué)”，開發(fā)利用我國相對豐富的煤炭資源具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。下面是以焦炭為原料，經(jīng)“碳一化學(xué)”途徑制取乙二醇的過程：

（1）該過程中產(chǎn)生的的CO可繼續(xù)與水蒸氣發(fā)生可逆反應(yīng)得到CO2和H2，此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝_____________。

（2）CH3OH（l）氣化時(shí)吸收的熱量為27kJ／mol，CH3OH（g）的燃燒熱為677kJ／mol，請寫出CH3OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式_____________。

（3）“催化還原”反應(yīng)制乙二醇原理如下： CH3OOC—COOCH3（g）＋4H2（g）HOCH2－CH2OH（g）＋2CH3OH（g）? △H＝－34kJ／mol

為探究實(shí)際生產(chǎn)的最佳條件，某科研小組進(jìn)行了多方面研究。如圖表示乙二醇達(dá)到平衡時(shí)的產(chǎn)率隨原料投料比[n（氫氣）／n（草酸二甲酯）]和壓強(qiáng)的變化關(guān)系，其中三條曲線分別表示體系壓強(qiáng)為1.5MPa、2．5MPa、3．5MPa的情況，則曲線丙對應(yīng)的壓強(qiáng)是P（丙）＝_____________。

（4）草酸二甲酯水解產(chǎn)物草酸（H2C2O4）為二元中強(qiáng)酸①草酸氫鉀溶液中存? 在如下平衡： H2OH＋＋OH－、HC2O4-H＋＋C2O42-和____________。

②向0．1mol／L的草酸氫鉀溶液里滴加NaOH溶液至中性，此時(shí)溶液中各粒子濃度關(guān)系正確的是__________（填序號）。

A．c（K＋）＋c（Na＋）＝c（HC2O4-）＋c（C2O42-）

B．c（K＋）＝c（HC2O4-）＋c（H2C2O4）＋c（C2O42-）

C．c（Na＋）＝c（H2C2O4）＋c（C2O42-）

D．c（K＋）＞c（Na＋）

（5）以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_____________；若以甲烷代替該燃料電池中的甲醇，向外界提供相等電量，則每代替3.2g甲醇，所需標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷的體積為____________L。

 

Answer 1

【答案】

（1）

（2）CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）? ΔH=--650KJ/mol

（3）1. 5Mpa;

（4）? ①HC2O4-+H2O=H2C2O4+OH-. ②? B D

（5） CH3OH+ H2O-6e-= CO2+6H+。1.68

【解析】

試題分析： （1）CO和水蒸汽反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO（g）+H2O（g） CO2（g）+H2（g）�；瘜W(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各生成物濃度冪指數(shù)的乘積與個(gè)反應(yīng)物濃度冪指數(shù)乘積的比。因此根據(jù)平衡常數(shù)的定義可得該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為：。（2） 燃燒熱是1mol的物質(zhì)完全燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量。則CH3OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OH（l）+ 3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）? ΔH=--650KJ/mol （3）由制取乙二醇的想方程式CH3OOC—COOCH3（g）＋4H2（g）HOCH2－CH2OH（g）＋2CH3OH（g） △H＝－34kJ／mol 可以看出：在相同的投料比時(shí)，壓強(qiáng)越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間就越短。因?yàn)楸麑��?yīng)的反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間最長，所以應(yīng)該是壓強(qiáng)最小的1.5MPa的情況。（4）草酸（H2C2O4）為二元中強(qiáng)酸，所以草酸氫鉀是強(qiáng)堿弱酸鹽。在其溶液中存在的弱電解質(zhì)的電離平衡H2OH＋＋OH－、HC2O4-H＋＋C2O42-及弱酸根離子的水解平衡：HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-。②A.任何溶液都存在著電荷守恒。所以有關(guān)系：c（K＋）＋c（Na＋）+c（H+）＝c（HC2O4-）＋2c（C2O42-）+c（OH-）.因?yàn)槿芤撼手行�，所�?/span>c（H+）＝c（OH-）。兩式相減可得：c（K＋）＋c（Na＋）＝c（HC2O4-）＋2c（C2O42-）.錯(cuò)誤。B.根據(jù)物料守恒可得c（K＋）＝c（HC2O4-）（始）= c（HC2O4-）＋c（H2C2O4）＋c（C2O42-）。正確。C. 根據(jù)A可知c（K＋）＋c（Na＋）＝c（HC2O4-）＋2c（C2O42-）.而c（K＋）＝c（HC2O4-）（始）= c（HC2O4-）＋c（H2C2O4）＋c（C2O42-），所以c（Na＋）＝c（C2O42-） —c（H2C2O4）.錯(cuò)誤。KHC2O4電離使溶液顯酸性，c（K＋）＝c（HC2O4-）（始），c（Na＋）= c（HC2O4-）（電離）。但是弱酸根離子HC2O4-電離程度是很微弱的，c（HC2O4-）（始）> c（HC2O4-）（電離）。所以c（K＋）>c（Na＋）。正確。因此選項(xiàng)為B、D。（5）以甲醇為原料，使用酸性電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，該燃料電池的負(fù)極為甲醇，電極反應(yīng)式為CH3OH+ H2O-6e-= CO2+6H+，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極為O2，電極反應(yīng)式為O2+ 4e-+ 4H+=2H2O.n（CH3OH）=3.2g÷32g/mol=0.1mol.所以根據(jù)電極反應(yīng)式可知電子轉(zhuǎn)移0.6mol，而每mol的甲烷在反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子8mol，因此需要消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.6mol÷8=0.075mol. 故所需標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷的體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L.

考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、外界條件對化學(xué)平衡的影響、熱化學(xué)方程式的書寫、微粒濃度的比較、弱電解質(zhì)的電離平衡及水解平衡、原電池反應(yīng)原理及有關(guān)計(jì)算的知識。