甲醇是一種可再生能源,具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。
(1)工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇:
反應(yīng)Ⅰ: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
反應(yīng)Ⅱ: CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
①下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。
溫度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
(1)①<(2分) ②80%(2分) 250℃(2分)
(2)CH3OH(l) + O2(g) = CO(g) + 2H2O(l) ΔH1=-442.8kJ/mol(3分)
⑶①化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(2分)
②O2 + 2H2O +4e- = 4OH-(2分)
③2CH3OH + 3O2 + 4OH-= 2CO32-+ 6H2O(3分
解析試題分析:(1)①由題給數(shù)據(jù)分析,隨著溫度的升高,平衡常數(shù)減小,平衡向逆向移動(dòng),升溫平衡向吸熱方向移動(dòng),該反應(yīng)正向?yàn)榉艧岱磻?yīng),ΔH1<0;②利用三行式進(jìn)行計(jì)算。按反應(yīng)II充分反應(yīng),達(dá)到平衡后,測(cè)得c(CO)=0.2mol/L,設(shè)轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量濃度為x,
CO(g)+2H2 (g)CH3OH (g)
起始量(mol/L) 1 3 0
變化量(mol/L) x 2x x
平衡量(mol/L) 0.2 3-2x x
分析知x=0.8mol/L
平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度:c(CO)=0.2mol/L,c(H2)=1.4mol/L,c(CH3OH)=0.8mol/L;一氧化碳的轉(zhuǎn)化率=0.8/1×100%=80%,K=0.8/0.2×1.42=2.041,由表格可知溫度為250℃;(2)由蓋斯定律,①-②得:2CH3OH(l)+2O2(g)═2CO(g)+4H2O(l),△H=-885.6 kJ∕mol,熱化學(xué)反應(yīng)方程式為:CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ∕mol;(3)①分析知此裝置為甲醇燃料電池,該電池的能量轉(zhuǎn)化形式為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;②正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根,所以其電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-═4OH-;③負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根反應(yīng)生成碳酸根和水,正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根,所以其電池反應(yīng)式為:2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。
考點(diǎn):考查平衡常數(shù)的影響因素及計(jì)算、原電池原理、蓋斯定律等知識(shí)。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
銅單質(zhì)及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)和科研中有重要作用。
(1)已知:2Cu2O(s) + O2(g) = 4CuO(s)△H=-292kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ·mol-1
請(qǐng)寫出用足量炭粉還原CuO(s)制備Cu2O(s)的熱化學(xué)方程式: ;
(2)現(xiàn)用氯化銅晶體(CuCl2·2H2O,含氯化亞鐵雜質(zhì))制取純凈的CuCl2·2H2O。先將其制成水溶液,后按如圖步驟進(jìn)行提純:
已知Cu2+、Fe3+和Fe2+的氫氧化物開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH見下表
金屬離子 | Fe3+ | Fe2+ | Cu2+ |
氫氧化物開始沉淀時(shí)的pH | 1.9 | 7.0 | 4.7 |
氫氧化物完全沉淀時(shí)的pH | 3.2 | 9.0 | 6.7 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
以下是一些物質(zhì)的熔沸點(diǎn)數(shù)據(jù)(常壓):
| 鉀 | 鈉 | Na2CO3 | 金剛石 | 石墨 |
熔點(diǎn)(℃) | 63.65 | 97.8 | 851 | 3550 | 3850 |
沸點(diǎn)(℃) | 774 | 882.9 | 1850(分解產(chǎn)生CO2) | ---- | 4250 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
汽車尾氣里含有的NO氣體是由于內(nèi)燃機(jī)燃燒的高溫引起氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)所致:
N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH,已知該反應(yīng)在 T ℃時(shí),平衡常數(shù)K=9.0。
請(qǐng)回答:
(1)已知:N2(g)+2O2(g) 2NO2(g) ΔH1 2NO2(g) O2+2NO(g) ΔH2 ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的表達(dá)式表示);
(2)某溫度下,向2 L的密閉容器中充入N2和O2各1 mol,5分鐘后O2的物質(zhì)的量為0.5 mol,則NO的反應(yīng)速率 ;
(3)假定該反應(yīng)是在恒容條件下進(jìn)行,下列能判斷該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是________;
A.消耗1 mol N2同時(shí)生成1 mol O2 |
B.混合氣體密度不變 |
C.混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 |
D.2v正(N2)=v逆(NO) |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
(15分)能源的開發(fā)、利用與人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān),怎樣充分利用好能源是擺在人類面前的重大課題。
I.已知:Fe2O3(s)+3C(石墨) =2Fe(s)+3CO(g) △H=akJ·mol-1
CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=bkJ·mol-1
C(石墨)+O2(g)=CO2(g) △H=ckJ·mol-1
則反應(yīng):4Fe(s)+3O2(g)= 2Fe2O3(s)的焓變△H= kJ·mol-1。
Ⅱ.(1)依據(jù)原電池的構(gòu)成原理,下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)成原電池的是 (填序號(hào))。
A.C(s)+CO2(g)=2CO(g)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
C.2H2O(l)= 2H2(g)+O2(g)
D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
若以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,依據(jù)所選反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池,請(qǐng)寫出該原電池的電極反應(yīng)。
負(fù)極: ,
正極: 。
(2)二氧化氯(ClO2)是一種高效安全的自來水消毒劑。ClO2是一種黃綠色氣體,易溶于水。實(shí)驗(yàn)室以NH4Cl、鹽酸、NaClO2為原料制備ClO2流程如下:
已知:電解過程中發(fā)生的反應(yīng)為:
NH4Cl+2HClNCl3+3H2↑;假設(shè)NCl3中氮元素為+3價(jià)。
①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式 。
②在陽(yáng)極上放電的物質(zhì)(或離子)是 。
③除去ClO2中的NH3可選用的試劑是 (填序號(hào))
A.生石灰 B.堿石灰 C.濃H2SO4 D.水
④在生產(chǎn)過程中,每生成1mol ClO2,需消耗 mol NCl3。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
Ⅰ在催化劑作用下,CO2和H2可以制取甲醇。用工業(yè)廢氣中的可制取甲醇,其反應(yīng)為:CO2+3H2CH3OH+H2O 常溫常壓下已知下列反應(yīng)的能量變化如圖示:
寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式: 。
Ⅱ硼氫化鈉(NaBH4)是有機(jī)合成中的重要還原劑。最新研究發(fā)現(xiàn),以NaBH4和H2O2為原料,NaOH溶液作電解質(zhì)溶液,可以設(shè)計(jì)成全液流電池,其工作原理如圖所示,假設(shè)電池工作前左右兩槽溶液的體積各為1L,回答下列問題:
(1)電極b為 (填“正極”或“負(fù)極”),電極a上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為 。
(2)電池工作時(shí),Na+向 極(填“a”或“b”)移動(dòng),當(dāng)左槽產(chǎn)生0.0125molBO2—離子時(shí),右槽溶液pH=
(3)用該電池電解一定濃度的CuSO4溶液至無色后繼續(xù)電解一段時(shí)間。斷開電路,向溶液中加入0.1molCu(OH)2,溶液恢復(fù)到電解之前狀態(tài),則電解過程中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為_________
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
二甲醚(CH3OCH3)是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品,被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最有潛力的燃料[ 已知:CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(1) △H=-1455kJ/mol ]。同時(shí)它也可以作為制冷劑而替代氟氯代烴。工業(yè)上制備二甲醚的主要方法經(jīng)歷了三個(gè)階段:
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇?xì)怏w在催化作用下直接脫水制二甲醚;2CH3OHCH3OCH3+H2O
②合成氣CO與H2直接合成二甲醚:3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H=-247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備二甲醚。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇工業(yè)流程如下:
(1)寫出CO(g)、H2(g)、O2(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2O(1)的熱化學(xué)方程式(結(jié)果保留一位小數(shù)) 。
(2)①方法中用甲醇液體與濃硫酸作用直接脫水制二甲醚,盡管產(chǎn)率高,但是逐步被淘汰的主要原因是 。
(3)在反應(yīng)室2中,一定條件下發(fā)生反應(yīng)3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)在密閉容器中達(dá)到平衡后,要提高CO的轉(zhuǎn)化率,可以采取的措施是 。
A.低溫高壓 B.加催化劑 C.增加CO濃度 D.分離出二甲醚
(4)在反應(yīng)室3中,在一定溫度和壓強(qiáng)條件下發(fā)生了反應(yīng):3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O (g) △H<0反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),改變溫度(T)和壓強(qiáng)(P),反應(yīng)混合物CH3OH“物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)”變化情況如圖所示,關(guān)于溫度(T)和壓強(qiáng)(P)的關(guān)系判斷正確的是 (填序號(hào))。
A.P3>P2 T3>T2 B.P2>P4 T4>T2
C.P1>P3 T1>T3 D.P1>P4 T2>T3
(5)反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H>0寫出平衡常數(shù)的表達(dá)式: 。如果溫度降低,該反應(yīng)的平衡常數(shù) 。(填“不變”、“變大”、“變小”)
(6)如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖。則a電極的反應(yīng)式為:________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
2012年始,霧霾天氣無數(shù)次肆虐家鄉(xiāng)邯鄲。其中,燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一。
(1)汽車尾氣凈化的主要原理為:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)!鱄<0
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式
②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行,下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是 (填代號(hào))。
(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。
煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物,用CH4催化還原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知:Ⅰ CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867 kJ/mol
Ⅱ 2NO2(g)N2O4(g) △H=-56.9 kJ/mol
Ⅲ H2O(g) = H2O(l) ΔH = -44.0 kJ/mol
寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的熱化學(xué)方程式: 。
(3)甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mL1mol/L食鹽水,電解一段時(shí)間后,收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣2.24L(設(shè)電解后溶液體積不變).
①甲烷燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式: 。
②電解后溶液的pH= (忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng))
③陽(yáng)極產(chǎn)生氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是 L
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
實(shí)施以減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策,是應(yīng)對(duì)全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇;ば袠I(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求。試運(yùn)用所學(xué)知識(shí),解決下列問題:
⑴已知某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為:
它所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為:
⑵利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);ΔH=-90.8kJ·mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-23.5kJ·mol
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g);ΔH=-41.3kJ·mol
總反應(yīng):3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=__________
(3)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問題。已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí),會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示:
溫度/℃ | 400 | 500 | 800 |
平衡常數(shù)K | 9.94 | 9 | 1 |
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