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16.甲醇是重要的化工原料.利用合成氣(主要成分CO,CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇,發(fā)生主要反應(yīng)如下:
?CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)?CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇與CO的結(jié)構(gòu)式分別如圖:

(1)已知反應(yīng)?中相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表:
化學(xué)鍵H-HC-OC≡O(shè)H-OC-H
鍵能(kJ.mol-14363431076465413
利用反應(yīng)?合成1mol甲醇反應(yīng)放出(填“放出”或“吸收”)能量99kJ
(2)溫度為110℃條件下,向體積2L的密閉容器充2molCO2與4molH2,發(fā)生反應(yīng)?,10min后達(dá)到平衡狀態(tài)后測(cè)得甲醇濃度為0.5mol.L-1.求氫氣的反應(yīng)速率:0.15mol/(L•min).
(3)將甲醇與氧氣分別通入如圖所示的裝置的電極中,可構(gòu)成甲醇燃料電池,請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
通入甲醇的電極是負(fù)(填“正”或“負(fù)”)極,反應(yīng)時(shí)該電極附近的現(xiàn)象是溶液紅色變淺,溶液中K+向正(填“正”或“負(fù)”)極移動(dòng):寫(xiě)出正極反應(yīng)式:O2+2H2O+4e-=4OH-;若電池工作過(guò)程中通過(guò)2mol電子,則理論上消耗O211.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況).

分析 (1)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能;
(2)依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算,經(jīng)過(guò)10min后達(dá)到平衡狀態(tài).若此時(shí)測(cè)得CH3OH蒸氣的濃度為0.5mol/L.物質(zhì)的量為0.5L×2mol/L=1mol;
                    3H2(g)+?CO2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol) 4             2               0                    0
變化量(mol) 3             1               1                    1
平衡量(mol) 1             1               1                    1
據(jù)此計(jì)算反應(yīng)速率V=ct,
(3)通入甲醇的電極是負(fù)極,反應(yīng)時(shí)該電極反應(yīng):CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,故溶液紅色變淺;該燃料電池工作時(shí),陽(yáng)離子向正極移動(dòng),電解質(zhì)溶液為堿性,所以電池正極的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-;根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算消耗氧氣的量;

解答 解:(1)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能,故△H=1076kJ.mol-1+2×436kJ.mol-1-(3×413+343+465)kJ.mol-1=-99kJ.mol-1;
故答案為:放出; 99  
(2)經(jīng)過(guò)5min后達(dá)到平衡狀態(tài).若此時(shí)測(cè)得CH3OH蒸氣的濃度為0.5mol/L.物質(zhì)的量為0.5L×2mol/L=1mol;
                      3H2(g)+?CO2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol) 4             2               0                    0
變化量(mol) 3             1               1                    1
平衡量(mol) 1             1               1                    1
據(jù)此計(jì)算以H2的濃度變化表示的該反應(yīng)反應(yīng)速率V=3mol2L10min=0.15mol/(L•min),
故答案為:0.15mol/(L•min);
(3)通入甲醇的電極是負(fù)極,反應(yīng)時(shí)該電極反應(yīng):CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,故溶液紅色變淺;該燃料電池工作時(shí),陽(yáng)離子向正極移動(dòng),氧氣在堿性電解質(zhì)溶液中得電子,所以電池正極的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-,電池工作過(guò)程中通過(guò)2mol電子,則理論上消耗O2的體積=2mol4×22.4L/mol=11.2L
故答案為:負(fù);溶液紅色變淺;正;O2+2H2O+4e-=4OH-;11.2L.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理,涉及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、物質(zhì)的量的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn),這些知識(shí)點(diǎn)都是考試熱點(diǎn),根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等進(jìn)行計(jì)算,難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

18.下列各組物質(zhì)中,互為同分異構(gòu)體的是(  )
A.葡萄糖和果糖B.淀粉和纖維素C.核糖和脫氧核糖D.丙氨酸、甘氨酸

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

7.氨是生產(chǎn)硝酸、尿素等物質(zhì)的重要原料,工業(yè)合成氨是最重要的化工生產(chǎn)之一.
(1)氨催化氧化法是工業(yè)制硝酸的主要方法.已知:2NO(g)+3H2(g)?2NH3(g)+O2(g)△H1=-272.9 kJ•mol-1,2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H2=-483.6kJ•mol-1,則4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H3=-905.0 kJ/mol. 
(2)恒容密閉容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H4=-92.4 kJ•mol-1,其化學(xué)平衡常數(shù)(K)與溫度的關(guān)系如表:

溫度/K
298398498
平衡常數(shù)(K)4.1×105K1K2
K1> (填“>”或“<”)K2,其判斷理由是反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高,平衡逆向進(jìn)行,平衡常數(shù)減�。� 
(3)向氨合成塔中充入10molN2和40mol H2進(jìn)行氨的合成,一定溫度(T)下平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖1所示.下列說(shuō)法正確的是AB(填字母). 
A.由圖1可知增大體系壓強(qiáng)(p),有利于增大氨氣在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù) 
B.若圖1中T=500℃,則溫度為450℃時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線是b 
C.工業(yè)上采用500℃溫度可有效提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率 
D.當(dāng)3v(H2)=2v(NH3)時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) 
當(dāng)溫度為T(mén)、氨氣的體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí),N2的轉(zhuǎn)化率為50%. 
(4)電化學(xué)法是合成氨的一種新方法,其原理如圖2所示,通入H2的一極為陽(yáng)極(填“陰極”或“陽(yáng)極”),陰極得電極反應(yīng)式是N2+6H++6e-=2NH3

(5)氨碳比[nNH3CO2]對(duì)合成尿素的反應(yīng):2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(g)+H2O(g)有影響,T℃時(shí),在一體積為2L地 恒容密閉容器中,將物質(zhì)的量之和為3mol的NH3和CO2以不同的氨碳比進(jìn)行反應(yīng),結(jié)果如圖3所示,a,b分別表示CO2或NH3的轉(zhuǎn)化率,c表示平衡體系中尿素的體積分?jǐn)?shù),nNH3CO2=2時(shí),尿素的產(chǎn)量最大;該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=40.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

4.丙烷制備丙烯已成為制備丙烯的重要方法之一.
方法 I:丙烷脫氫制丙烯:
①C3H8(g)?  C3H6(g)+H2(g)△H1
方法 II:丙烷氧化脫氫制丙烯:(投料為C3H8和CO2
②C3H8(g)+CO2(g) ?   C3H6(g)+CO(g)+H2O(g)△H2=165kJ•mol-1
③CO2(g)+H2(g) ?  CO(g)+H2O(g)△H3=41kJ•mol-1
已知:
化學(xué)鍵C-HC-CC═CH-H
鍵能/kJ•mol-1412348612436
(1)計(jì)算△H1=124kJ•mol-1
(2)模擬方法 I制丙烯,在體積可變的反應(yīng)器中,恒溫,維持體系總壓強(qiáng)恒定為0.1MPa,加入1mol C3H8(g)時(shí)體積為50L,再加入8.5mol水蒸汽作為稀釋劑,反應(yīng)t分鐘達(dá)到平衡,測(cè)得丙烷0.5mol,已知:分壓=物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓強(qiáng).
①計(jì)算該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=0.005MPa(KP)或0.001(KC).
②常壓下,溫度為600K~1000K,水烴比M=10(水烴比是指投料中水蒸汽和丙烷的物質(zhì)的量之比)時(shí)丙烷脫氫平衡轉(zhuǎn)化率與溫度變化的曲線如圖1,在圖1中畫(huà)出水烴比M=8時(shí)的曲線.
(3)模擬方法 II制丙烯,在恒溫恒容條件下充入物質(zhì)的量之比為1:1的丙烷和二氧化碳?xì)怏w,一段時(shí)間后達(dá)到平衡,則下列可以判斷容器內(nèi)反應(yīng)體系達(dá)到平衡的是AB.
A.v(C3H8)=v(C3H6)    B.平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
C.氣體密度不再變化               D.丙烷和二氧化碳的物質(zhì)的量比值不再變化
(4)在相同條件下模擬方法 I與方法 II,測(cè)得丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示,圖2中方法 II對(duì)應(yīng)的曲線是M(填“M”或“N”),從化學(xué)平衡的角度解釋丙烷平衡轉(zhuǎn)化率M高于N的原因方法 II 可看成是發(fā)生反應(yīng)①和反應(yīng)③,由于反應(yīng)③會(huì)消耗氫氣,使得反應(yīng)①的化學(xué)平衡向右移動(dòng).

(5)恒溫,密閉容器中投入丙烷發(fā)生反應(yīng)①,某壓強(qiáng)下反應(yīng)t時(shí)刻后測(cè)得丙烷的轉(zhuǎn)化率,然后保持其它初始實(shí)驗(yàn)條件不變,分別在不同壓強(qiáng)下,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)相同時(shí)間測(cè)得丙烷的轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)變化趨勢(shì)圖可能圖3中的是ACD.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

11.已知2mol氫氣燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出572kJ熱量,反應(yīng)方程式是2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)
(l)請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
①該反應(yīng)的生成物能量總和小于(填“大于”、“小于”或“等于”)反應(yīng)物能量總和.
②若2mol氫氣完全燃燒生成水蒸氣,則放出的熱量<(填“>”、“<”或“=”)572kJ.
③與化石燃料相比,利用氫能源有很多優(yōu)點(diǎn),請(qǐng)說(shuō)出其中一點(diǎn)熱值高,無(wú)污染.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:推斷題

1.短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如圖所示,其中T所處的周期序數(shù)與主族序數(shù)相等,請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)T的原子結(jié)構(gòu)示意圖為
(2)元素的非金屬性(原子得電子的能力):Q弱于W(填“強(qiáng)于”或“弱于”)
(3)W的單質(zhì)與其最高價(jià)氧化物的水化物濃溶液共熱能發(fā)生反應(yīng),生成兩種物質(zhì),其中一種是氣體,反應(yīng)的化學(xué)方程式為S+2H2SO4(濃)_3SO2↑+2H2O
(4)原子序數(shù)比R多1的元素的一種氫化物能分解為它的另一種氫化物,此分解反應(yīng)的化學(xué)方程式是2H2O2MnO2_O2↑+2H2O
(5)R有多種氧化物,其中甲的相對(duì)分子質(zhì)量最小.在一定條件下,2L的甲氣體與0.5L的氧氣相混合,若該混合氣體被足量的NaOH溶液完全吸收后沒(méi)有氣體殘留,所生成的R的含氧酸鹽只有一種,則該含氧酸鹽的化學(xué)式是NaNO2

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

8.二甲醚(DME)被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”.由合成氣制備二甲醚的主要原理如下:
反應(yīng)Ⅰ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1
反應(yīng)Ⅱ:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)、△H2
反應(yīng)Ⅲ:2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H3
相關(guān)反應(yīng)在不同溫度時(shí)的平衡常數(shù)及其大小關(guān)系如表所示
溫度/K反應(yīng)I反應(yīng)Ⅱ已知:
K1>K2>K1′>K2
298K1K2
328K1K2
回答下列問(wèn)題:
(1)反應(yīng)Ⅰ的自發(fā)性可能自發(fā)(填“一定自發(fā)”、“可能自發(fā)”或“一定不自發(fā)”);反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)表達(dá)式為cH2OcCH3OCH3c2CH3OH,反應(yīng)Ⅲ的△H3和△H1、△H2的關(guān)系△H3=2×△H1+△H2反應(yīng).
(2)在合成過(guò)程中,因?yàn)橛蠧O(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)反應(yīng)發(fā)生,所以能提高CH3OCH3的產(chǎn)率,原因是此反應(yīng)消耗了H2O(g)有利于反應(yīng)II、III正向移動(dòng);同時(shí)此反應(yīng)生成了H2,有利于反應(yīng)I、III正向移動(dòng).
(3)如圖1兩條曲線分別表示反應(yīng)I(按物質(zhì)的量比:n(CO):n(H2)=1:2)中壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系,計(jì)算壓強(qiáng)為5.0MPa、溫度為200℃時(shí),平衡混合氣中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是43.75%.

(4)反應(yīng)Ⅲ逆反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示:
①試判斷t2時(shí)改變的條件是增大生成物C濃度或升高溫度.
②若t4擴(kuò)大容器體積,t5達(dá)到平衡,t6時(shí)增大反應(yīng)物濃度,請(qǐng)?jiān)谏蠄D中畫(huà)出t4-t6的變化曲線.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

5.2015年8月12日23:30左右,天津?yàn)I海新區(qū)某公司倉(cāng)庫(kù)發(fā)生爆炸,事發(fā)倉(cāng)庫(kù)里存放了大量的硝酸銨、氰化鈉(NaCN)和金屬鈉等危險(xiǎn)化學(xué)品.
(1)鈉在周期表中的位置是第三周期第IA族,實(shí)驗(yàn)室少量的鈉保存于煤油或石蠟中.
(2)NaCN的電子式是
(3)氰化鈉是一種重要的化工原料,也是劇毒危險(xiǎn)品,皮膚傷口接觸、吸入、吞食微量可中毒死亡.氰化鈉易溶于水,水溶液呈強(qiáng)堿性.氰化鈉泄露可用雙氧水或硫代硫酸鈉中和.
①用離子方程式表示其水溶液呈強(qiáng)堿性的原因:CN-+H2O?HCN+OH-
②用雙氧水處理產(chǎn)生一種酸式鹽和一種能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體,請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式CN-+H2O2+H2O=HCO3-+NH3↑;
③用硫代硫酸鈉中和的離子方程式為:CN-+S2O32-=A+SO32-,A為SCN-(填化學(xué)式).
④可用純堿、焦炭、氨氣反應(yīng)制取NaCN,寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式,并用單線橋標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目
(4)CN-中C元素顯+2價(jià),N元素顯-3價(jià),則非金屬性N>C(填<、=或>),請(qǐng)用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法證明(要求說(shuō)明簡(jiǎn)單操作、現(xiàn)象和結(jié)論):取少量NaHCO3溶液于試管中,加入稀硝酸,有無(wú)色氣泡生成,說(shuō)明酸性HNO3>H2CO3,則非金屬性N>C.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

6.實(shí)驗(yàn)室配制250mL物質(zhì)的量濃度為1.0mol•L-l H2SO4溶液 時(shí),下列儀器不需要的是( �。�
A.托盤(pán)天平B.膠頭滴管C.250 mL容量瓶D.量筒

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