14.能源短缺是人類社會面臨的重大問題.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)△H1
反應(yīng)II:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟”原則的是Ⅰ(填“I”或“Ⅱ”).
②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℃
K2.0410.2700.012
由表中數(shù)據(jù)判斷△H1<0 (填“>”、“=”或“<”).
③某溫度下,將2mol CO和6mol H2充入2L的密閉容器中,充分反應(yīng),達到平衡后,測得c(CH3OH)=0.8mol/L,則CO的轉(zhuǎn)化率為80%,此時的溫度為250℃(從上表中選擇).
④恒溫、恒容時,下列情況不能說明反應(yīng)I已經(jīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是d.
a、容器各物質(zhì)的濃度保持不變;        b、容器內(nèi)壓強保持不變;
c、υ(CO)消耗═1/2υ(H2)生成          d、容器內(nèi)的密度保持不變
(2)25℃、101kPa時,燃燒16g液體甲醇生成CO2和H2O(l),放出的熱量為363.26kJ,寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g )═CO2(g )+2H2O(l)△H1=-726.52 kJ/mol.
(3)某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理,設(shè)計一個燃料電池電解Na2SO4溶液(圖如下).請根據(jù)圖示回答下列問題:
①通入甲醇蒸氣的電極應(yīng)為負極(填寫“正”或“負”),該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是b(填字母代號).
a.2CH3OH-12e-+3O2═2CO2+4H2O
b.CH3 OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
c.O2+2H2O+4e-═4OH-
d.O2-4e-+4H+═2H2O
②寫出電極A的名稱陰極.寫出B電極的電極反應(yīng)式4OH--4e-═O2↑+2H2O.
③當(dāng)堿性甲醇燃料電池消耗3.36L 氧氣時(折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況),理論上電解Na2SO4溶液生成氣體的總物質(zhì)的量是0.45mol.

分析 (1)①“原子經(jīng)濟”是指在化學(xué)品合成過程中,所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中;
②由表數(shù)據(jù)可知,溫度升高,平衡常數(shù)減小,說明平衡逆向進行;
③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達到平衡后,測得c(CH3OH)=0.8mol/L,其物質(zhì)的量為1.6mol,則:
             CO (g)+2H2 (g)?CH3OH (g)
起始量(mol):2       6          0
變化量(mol):1.6     3.2        1.6
平衡量(mol):0.4     2.8        1.6
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗CO物質(zhì)的量}{CO起始物質(zhì)的量}$×100%;根據(jù)K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$計算平衡常數(shù),進而判斷溫度;
④可逆反應(yīng)到達平衡時,同種物質(zhì)的正逆速率相等,各組分的濃度、含量保持不變,由此衍生的其它一些量不變,判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化,該物理量由變化到不變化說明到達平衡;
(2)1mol甲醇燃燒放出的熱量為363.26kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g/mol}$=726.52 kJ,注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式;
(3)①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng),反應(yīng)中甲醇發(fā)生氧化反應(yīng),失去電子,堿性條件下生成碳酸根離子與水;
②電解池中A連接電源負極,則A為陰極,B連接電源正極,B為陽極,陽極上發(fā)生氧化反應(yīng),氫氧根離子放電生成氧氣與水;
③電解池總反應(yīng)為2H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算氫氣、氧氣物質(zhì)的量.

解答 解:(1)①“原子經(jīng)濟”是指在化學(xué)品合成過程中,所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中,分析反應(yīng)可知,反應(yīng)Ⅰ中原子利用率為100%,符合“原子經(jīng)濟”,故答案為:Ⅰ;
②由表數(shù)據(jù)可知,溫度升高,平衡常數(shù)減小,說明平衡逆向進行,逆向是吸熱反應(yīng),正向放熱反應(yīng),即△H1<0,故答案為:<;
③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達到平衡后,測得c(CH3OH)=0.8mol/L,其物質(zhì)的量為1.6mol,則:
             CO (g)+2H2 (g)?CH3OH (g)
起始量(mol):2        6         0
變化量(mol):1.6      3.2       1.6
平衡量(mol):0.4      2.8       1.6
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%,
此時的平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×(\frac{2.8}{2})^{2}}$≈2.041,所以溫度為250℃,
故答案為:80%;250℃;
④a.容器各物質(zhì)的濃度保持不變,說明反應(yīng)到達平衡,故a正確;
b.隨反應(yīng)進行,容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量進行,容器內(nèi)壓強減小,容器內(nèi)壓強保持不變,說明反應(yīng)到達平衡,故b正確;
c.由方程式可知υ(CO)生成═$\frac{1}{2}$υ(H2生成,而υ(CO)消耗═$\frac{1}{2}$υ(H2生成,說明υ(CO)生成═υ(CO)消耗,反應(yīng)到達平衡狀態(tài),故c正確;
d.混合氣體總質(zhì)量不變,容器容積始終不變,容器內(nèi)的密度始終保持不變,故d錯誤,
故選:d;
(2)1mol甲醇燃燒放出的熱量為363.26kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g/mol}$=726.52 kJ,熱化學(xué)方程式為:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g )═CO2(g )+2H2O(l)△H1=-726.52 kJ/mol,
故答案為:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g )═CO2(g )+2H2O(l)△H1=-726.52 kJ/mol;
(3)①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng),反應(yīng)中甲醇發(fā)生氧化反應(yīng),甲醇蒸氣的電極應(yīng)為負極,甲醇失去電子,堿性條件下生成碳酸根離子與水,負極電極反應(yīng)式為:CH3 OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O,
故答案為:負;b;
②電解池中A連接電源負極,則A為陰極,B連接電源正極,B為陽極,陽極上發(fā)生氧化反應(yīng),氫氧根離子放電生成氧氣與水,陽極電極反應(yīng)式為:;4 OH--4 e-═O2↑+2H2O,
故答案為:陰極;4 OH--4 e-═O2↑+2H2O;
③標(biāo)況下,3.36L 氧氣物質(zhì)的量為$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol,電解池總反應(yīng)為2H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,生成氫氣、氧氣物質(zhì)的量為3×0.15mol=0.45mol,
故答案為:0.45mol.

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、平衡狀態(tài)判斷、熱化學(xué)方程式書寫、電化學(xué)等,是對學(xué)生綜合能力考查,需要學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識并靈活應(yīng)用,難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源:2017屆廣西桂林十八中高三上10月月考化學(xué)試卷(解析版) 題型:填空題

NaCN超標(biāo)的電鍍廢水可用兩段氧化法處理:

(1)NaCN與NaClO反應(yīng),生成NaOCN和NaCl

(2)NaOCN與NaClO反應(yīng),生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2

已知HCN(Ki=6.3×10-10)有劇毒;HCN、HOCN中N元素的化合價相同。

完成下列填空:

(1)第一次氧化時,溶液的pH應(yīng)調(diào)節(jié)為____________(選填“酸性”、“堿性”或“中性”);原因是______________________。

(2)寫出第二次氧化時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_________________________。

(3)處理100 m3含NaCN 10.3 mg/L的廢水,實際至少需NaClO__ _g(實際用量應(yīng)為理論值的4倍),才能使NaCN含量低于0.5 mg/L,達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

(4)(CN)2與Cl2的化學(xué)性質(zhì)相似。(CN)2與NaOH溶液反應(yīng)生成_________、__________和H2O。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

5.實驗室中利用下圖所示裝置制備納米碳酸鈣(1納米=1×10-9m)(部分夾持裝置已略去),向飽和CaCl2溶液中通入NH3和CO2可制得納米碳酸鈣

供選擇的藥品:①石灰石   ②氯化銨 、蹥溲趸} 、茱柡吐然}溶液  ⑤濃硫酸
⑥6mol•L-1鹽酸  ⑦飽和食鹽水  ⑧飽和NaHCO3溶液
(1)裝置A中,儀器a的名稱是分液漏斗,儀器b中應(yīng)盛放的固體為①.(填藥品序號).裝置B中盛放的溶液是⑧(填藥品序號).裝置D的試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4Cl+Ca(OH)2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$aCl2+2NH3↑+2H2O.
(2)如何判斷所得碳酸鈣顆粒是否為納米級.將少量碳酸鈣加水充分?jǐn)嚢,用一束可見光照射,觀察是否發(fā)生丁達爾現(xiàn)象,若有丁達爾現(xiàn)象則為納米級,若沒有丁達爾現(xiàn)象則不是納米級.
(3)通入適量氣體后,C裝置中物質(zhì)恰好完全反應(yīng),過濾,所得濾液顯酸(填“酸”、“堿”、“中”之一)性.
(4)裝置C中,右邊的導(dǎo)管并未插入液面,原因是防止裝置C的溶液倒吸到裝置D中引起試管爆裂
(5)上述裝置存在一處缺陷,該缺陷為無尾氣吸收裝置.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

2.某化學(xué)反應(yīng) 3A(g)?2B(g)+D(g),在四種不同條件下進行,B、D的起始濃度為0.反應(yīng)物A 的濃度 c 隨時間 t 的變化情況如下表:
實驗序號01020304050
15002.01.61.31.00.80.8
2500C21.20.80.80.80.8
3500C31.71.31.01.01.0
46002.01.10.90.90.90.9
根據(jù)上述數(shù)據(jù),完成下列填空:
(1)在實驗 1,反應(yīng)在10min~20min 內(nèi)平均速率v(A)為0.03 mol/(L•min)
(2)在實驗 2,A 的初始濃度 C22.0 mol/L,反應(yīng)經(jīng) 20min 就達到平衡,可推測實驗 2 中還隱含的條件是使用催化劑.
(3)設(shè)實驗 3 的反應(yīng)速率為 v3,實驗 1 的反應(yīng)速率為 v1,則 v3>v1(填<、>或=),且C3>  2.0mol/L (填<、>或=)
(4)比較實驗 4 和實驗 1,可推測正反應(yīng)是放熱反應(yīng)(填吸熱或放熱).理由是溫度升高,A的濃度增大,平衡向吸熱方向移動
(5)該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)表達式為$\frac{{c}^{2}(B)×c(D)}{{c}^{3}(A)}$.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

9.Ⅰ、氯氣在298K、100kPa時,在1L水中可溶解0.09mol,實驗測得溶于水的Cl2約有三分之一與水反應(yīng).請回答下列問題:
(1)氯水久置后會變質(zhì),請分析變質(zhì)的原因.(請用方程式及必要文字說明分析)氯氣與水反應(yīng):H2O+Cl2?HCl+HClO,HClO不穩(wěn)定分解:2HClO═2HCl+O2
(2)如果增大氯氣的壓強,氯氣在水中的溶解度將增大(填“增大”“減小”或“不變”)
Ⅱ、在2L恒容的密閉容器中,加入4mol SO3(g),在某溫度下使其反應(yīng),反應(yīng)至4min時,氧氣的濃度為0.5mol/L,當(dāng)反應(yīng)到8min時,反應(yīng)到達平衡.
(1)0min~4min內(nèi)生成O2的平均速率:v(O2)=0.125mol/(L•min).
(2)若8分鐘達到平衡時,測得SO3濃度為0.04mol/L.若起始時按下表數(shù)據(jù)投料,相同溫度下達到平衡時,三氧化硫濃度大于0.04mol/L的是BD
ABCD
SO30mol4mol2mol0mol
SO24mol1.5mol0mol4mol
O22mol0mol0mol4mol

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.磷酸鐵(FePO4•2H2O,難溶于水的米白色固體)可用于生成藥物、食品添加劑和鋰離子電池的正極材料,實驗室可通過下列實驗制備磷酸鐵.
(1)鋼鐵銹蝕是目前難以解決的現(xiàn)實問題,電化學(xué)腐蝕最為普遍.寫出在潮濕空氣中鋼鐵發(fā)生吸氧銹蝕時正極的電極反應(yīng)式:O2+4e-+2H2O═4OH-.鐵銹的主要成分是Fe2O3(填寫化學(xué)式),將生銹的鐵屑放入H2SO4溶液中充分溶解后,在溶液中并未檢測出Fe3+,用離子方程式說明原因:Fe+2Fe3+=3Fe2+
(2)稱取一定量已除去油污的廢鐵屑,加入稍過量的稀硫酸,加熱、攪拌,反應(yīng)一段時間后過濾,反應(yīng)加熱的目的是加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率.
(3)向濾液中加入一定量H2O2氧化Fe2+.為確定加入H2O2的量,需先用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定濾液中的Fe2+,離子方程式如下:
Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O.
①在向滴定管注入K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液前,滴定管需要檢漏、用蒸餾水洗和用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗2-3次,應(yīng)選用酸式滴定管.
②若滴定xmL濾液中的Fe2+,消耗amol•L-1 K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液bmL,則濾液中c(Fe2+)=$\frac{6ab}{x}$ mol•L-1
③為使濾液中的Fe2+完全被H2O2氧化,下列實驗條件控制正確的是A、B(填序號).
A.加入適當(dāng)過量的H2O2溶液         B.緩慢滴加H2O2溶液并攪拌
C.加熱,使反應(yīng)在較高溫度下進行   D.用氨水調(diào)節(jié)pH=7.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

6.孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3(難溶),還含少量Fe2O3、SiO2.實驗室以孔雀石為原料制備CuCl2•3H2O及CaCO3的步驟如下:

(1)寫出孔雀石和鹽酸反應(yīng)的離子方程式Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2++CO2↑+3H2O.
(2)濾渣A成分的化學(xué)式是SiO2,氣體B的分子式是NH3
(3)將CuCl2溶液酸化后,經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥,得到CuCl2•3H2O晶體.
(4)某種胃藥片的治酸劑為CaCO3,該藥片中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定步驟如下(假設(shè)其他成分不發(fā)生反應(yīng)):
a.配制0.1mol•L-1的HCl溶液和0.1mol•L-1的NaOH溶液各250mL.
b.取0.6g磨碎后的胃藥于錐形瓶中.
c.向錐形瓶內(nèi)加入75.00mL 0.1mol•L-1的HCl溶液充分反應(yīng).
d.用0.1mol•L-1的NaOH溶液滴定剩余鹽酸,至達到滴定終點.
①配制上述NaOH溶液所用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒外還有膠頭滴管、250mL容量瓶.
②若滴定中NaOH溶液的用量為15.00mL,則胃藥中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

3.下列化學(xué)用語的表達或使用正確的是( 。
A.白磷的分子式:PB.次氯酸的結(jié)構(gòu)式:H-Cl-O
C.氟離子的結(jié)構(gòu)示意圖:D.過氧化氫的電子式:

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

4.根據(jù)反應(yīng)3Cu+8HNO3(。┄T3Cu(NO32+2NO↑+4H2O,回答下列問題:
(1)還原劑是Cu,還原產(chǎn)物是NO
(2)氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是2:3
(3)用雙線橋標(biāo)上電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目

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