(14分)甲醇是重要的化工原料,在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用十分廣泛。
(1)利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H2,然后可將H2與CO2轉(zhuǎn)化為甲醇。已知:
光催化制氫:2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.5 kJ/mol ①
H2與CO2耦合反應(yīng):3H2(g)+CO2(g)===CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-137.8 kJ/mol ②
則反應(yīng):2H2O(l)+CO2(g) = CH3OH(l)+3/2O2(g)的ΔH= kJ/mol。
你認(rèn)為該方法需要解決的技術(shù)問題有 (填字母)。
a. 開發(fā)高效光催化劑
b. 將光催化制取的H2從反應(yīng)體系中有效分離,并與CO2耦合催化轉(zhuǎn)化
c. 二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)
(2)工業(yè)上由甲醇制取甲醛的兩種方法如下(有關(guān)數(shù)據(jù)均為在298 K時測定):
反應(yīng)I:CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) ΔH1=+92.09kJ/mol,K1=3.92×10-11。
反應(yīng)II:CH3OH(g)+1/2O2(g)=HCHO(g)+H2O(g) ΔH2=-149.73 kJ/mol,K2=4.35×1029。
①從原子利用率看,反應(yīng) (填“I”或“II”。下同)制甲醛的原子利用率更高。從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看,反應(yīng) 制甲醛更有利。
②下圖是甲醇制甲醛有關(guān)反應(yīng)的lgK(平衡常數(shù)的對數(shù)值)隨溫度T的變化。圖中曲線(1)表示的是反應(yīng) 。
(3)污水中的含氮化合物,通常先用生物膜脫氮工藝進(jìn)行處理,在硝化細(xì)菌的作用下將NH4+氧化為NO3-(2NH4++3O2=2HNO2+2H2O +2H+;2HNO2 +O2=2HNO3)。然后加入甲醇,甲醇和NO3-反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體。
①上述方法中,1 g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時需氧的質(zhì)量為 g。
②寫出加入甲醇后反應(yīng)的離子方程式: 。
(4)甲醇燃料電池的工作原理如圖所示,則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為 。
共14分。每空2分。
(1)-719.5(2分) ab(2分)
(2)①I(1分) II(1分) ②II(2分)
(3)①4.57(2分)
②6NO3-+5CH3OH+6H+=3N2↑+5CO2↑+13H2O(2分)
(4)CH3OH+H2O–6e-=CO2↑+6H+(2分)
解析試題分析:(1)由蓋斯定律得2H2O(l)+CO2(g) = CH3OH(l)+3/2O2(g)的ΔH=(①×3+②×2)/2,將①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol;利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H2,需要開發(fā)高效光催化劑,使水易在太陽光的作用下分解,同時將光催化制取的H2從反應(yīng)體系中有效分離,并與CO2耦合催化轉(zhuǎn)化,但二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)不是需要解決的技術(shù)問題,答案選ab;
(2)反應(yīng)物中的原子盡可能的轉(zhuǎn)化為生成物,原子的利用率越高,所以反應(yīng)I的原子利用率高;反應(yīng)II的化學(xué)平衡常數(shù)較大,說明反應(yīng)進(jìn)行的徹底程度較大,而且反應(yīng)II是放熱反應(yīng),所以從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看,反應(yīng)II制甲醛有利;
(3)①根據(jù)所給方程式可知2NH4+~4O2~2HNO3,1 g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時需氧的質(zhì)量為2×32/14=4.57g,
②甲醇和NO3-反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體,從元素守恒角度判斷無毒氣體是氮氣和二氧化碳,另一種產(chǎn)物是水,離子方程式為6NO3-+5CH3OH+6H+=3N2↑+5CO2↑+13H2O
(4)燃料電池中燃料在電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),結(jié)合圖中信息,甲醇被氧化為二氧化碳和氫離子,所以該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+H2O–6e-=CO2↑+6H+
考點:考查蓋斯定律的應(yīng)用,化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用,關(guān)系式法的應(yīng)用,原電池電極反應(yīng)式的書寫
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:單選題
在一固定體積的密閉容器中加入2 mol A和1 mol B發(fā)生反應(yīng)2A(g)+B(g)3C(g)+D(g),達(dá)到平衡時C的濃度為w mol·L-1,若維持容器的體積和溫度不變,按下列四種配比方案作為反應(yīng)物,達(dá)平衡后,使C的濃度仍為w mol·L-1的配比是( )
A.4 mol A+2 mol B | B.3 mol C+1 mol D+2mol A+1 mol B |
C.3mol C+1 mol D+1 mol B | D.3 mol C+1 mol D |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
2014年初霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)。其中,汽車尾氣和燃煤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)。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時,c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線如圖所示。據(jù)此判斷:
①該反應(yīng)在 能自發(fā)進(jìn)行(填“高溫下” 、“低溫下” 或“任何溫度下”);
②在T2溫度下,0~2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)=___________。
(2)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。
在恒壓下,將CH4(g)和NO2(g)置于密閉容器中,也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng):
CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH<0,提高NO2轉(zhuǎn)化率的措施有
A.增加原催化劑的表面積 | B.降低溫度 |
C.減小投料比[n(NO2) / n(CH4)] | D.增大壓強(qiáng) |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
(9分) 在一定體積的密閉容器中,進(jìn)行如下可逆化學(xué)反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如下表:
t℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
(12分)科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的方法研究。
(1)合成氨的原理為:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H="-92.4" kJ/mol,該反應(yīng)的能量變化如圖所示。
①在反應(yīng)體系中加入催化劑,反應(yīng)速率增大,E2的變化是 (填“增大”、“減小”或“不變”)。
②將0.3 mol N2和0.5 mol H2充入體積不變的密閉容器中,在一定條件下達(dá)到平衡,測得容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/70/b/mlpjh1.png" style="vertical-align:middle;" />,此時H2的轉(zhuǎn)化率為 (計算出結(jié)果);欲提高該容器中H2的轉(zhuǎn)化率,下列措施可行的是 (填選項字母)。
A.向容器中按原比例再充入原料氣 | B.向容器中再充入一定量H2 |
C.改變反應(yīng)的催化劑 | D.液化生成物分離出氨 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
在一固定容積的密閉容器中,進(jìn)行如下反應(yīng):
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
27.反應(yīng)后物質(zhì)的總能量增大,則該反應(yīng)為________反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。
28.不能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________(選填編號)。
a.容器中氣體壓強(qiáng)不變 b.混合氣體中c(CO)不變
c.v正(H2)=v逆(H2O) d.c(H2O)=c(CO)
29.若容器容積為2L,反應(yīng)10s后測得混合氣體的總質(zhì)量增加了2.4g, 則CO的平均反應(yīng)速率為 mol/(L?S);若再增加固態(tài)碳的量,則正反應(yīng)的速率 (選填“增大”、“減小”、“不變”)。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
(14分)加大對煤燃燒產(chǎn)生的廢氣、廢渣的處理已刻不容緩。
(1) 對燃煤的廢氣進(jìn)行脫硝處理時,可利用甲烷催化還原氮氧化物,如:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);ΔH=a kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);ΔH=b kJ·mol-1
則反應(yīng)CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的ΔH=________ kJ·mol-1(用含a、b的代數(shù)式表示)。
(2) 將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為:
2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g);ΔH
① 該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=________。
② 已知在某壓強(qiáng)下,該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時,CO2的轉(zhuǎn)化率如右圖所示。該反應(yīng)的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。若溫度不變,減小反應(yīng)投料比[n(H2) /n(CO2)],則K將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
③ 二甲醚燃料電池具有啟動快,效率高等優(yōu)點,若電解質(zhì)為酸性,二甲醚燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為____________________________。
(3) 以CO2為原料合成的碳酸酯(僅含碳、氫、氧三種元素)是用途廣泛的化學(xué)品,某種碳酸酯(DPC)水解產(chǎn)物之一遇氯化鐵溶液顯紫色,右圖為它的核磁共振氫譜圖,請寫出DPC的結(jié)構(gòu)簡式:____________。
(4) 某電廠的粉煤灰含莫來石(主要成分為Al6Si2O13、SiO2)。將其和純堿在高溫下燒結(jié),可制取NaAlSiO4(霞石)、Na2SiO3和NaAlO2,有關(guān)化學(xué)方程式(反應(yīng)條件均為高溫)為:
Al6Si2O13+3Na2CO3===2NaAlSiO4+4NaAlO2+3CO2↑
Al6Si2O13+5Na2CO3===2Na2SiO3+6NaAlO2+5CO2↑
SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑
則用1 mol Al6Si2O13和4 mol SiO2通過以上反應(yīng)制得5 mol NaAlO2,共消耗Na2CO3為________mol。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
(17分)H2O2是一種強(qiáng)氧化劑,被廣泛應(yīng)用于水處理及衛(wèi)生消毒等方面。
(1)H2O2不穩(wěn)定,當(dāng)其中含F(xiàn)e2+時,會發(fā)生反應(yīng):
,則Fe2+在此過程中所起的作用是______________,當(dāng)生成336mL O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時,反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_______mol。
(2)下表是在常壓、60℃和不同pH條件下,6mL30% H2O2在60min內(nèi)釋放出氧氣的體積。則下列說法正確的是___________。
a.pH越大,H2O2的分解速率越大
b.pH在9左右,H2O2的分解速率最大
c.6mL 30% H2O2分解最多釋放出的氧氣的體積為639mL
d. pH=5.50時,0~60min內(nèi),v(O2)=1.5mL
(3)溶液中H2O2的殘留量可用一定濃度的酸性KMnO4溶液來測定,反應(yīng)中MnO4-
被還原為Mn2+,該反應(yīng)的離子方程式為______________。
(4)科學(xué)工作者以Ir-Ru/Ti為陽極、ACFC為陰極,在酸性環(huán)境、不斷通入空氣的條件下直接電解水來制備H2O2。電解過程中,陽極區(qū)溶液的pH_ (填“增大”“不變”或“減小”),陰極產(chǎn)生H2O2的電極反應(yīng)式為_______。若不通空氣,則陰極得到的產(chǎn)物是_______ 。
(5)己知斷裂1mol化學(xué)鍵所需的能量
143,H-O為463。則.
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
汽車尾氣中含有CO、NO2等有毒氣體,對汽車加裝尾氣凈化裝置,可使有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體。汽車尾氣中CO與H2O(g)在一定條件下可以發(fā)生反應(yīng):
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH<0。820 ℃時在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中,起始時按照下表進(jìn)行投料,達(dá)到平衡狀態(tài),K=1.0。
起始物質(zhì)的量 | 甲 | 乙 | 丙 |
n(H2O)/mol | 0.10 | 0.20 | 0.20 |
n(CO)/mol | 0.10 | 0.10 | 0.20 |
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