20.甲醇是一種重要的化工原料,在生產(chǎn)中有著重要的應用.工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應有:
(i)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
(ii)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
(iii)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1
(1)用CH4和O2直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)某溫度下,向4L恒容密閉容器中通人6mol CO2和6mol CH4,發(fā)生反應(ii),平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為$\frac{1}{4}$,則此溫度下該反應的平衡常數(shù)K=1.
(3)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反應的熱化學方程式為:CHOH(g)+CO(g)?HCOOCH3(g)△H=-29.1kJ•mol-1
科研人員對該反應進行了研究,部分研究結(jié)果如圖1:

①從反應壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看,工業(yè)制取甲酸甲酯應選擇的壓強是4.0×106Pa(填“3.5x l06Pa”“4.0xl06 Pa“或“5.0xl06 Pa”).
②實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃,其理由是高于80時,溫度對反應速率影響較小,又因反應放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低.
(4)直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于其結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注.DMFC的工作原理如圖2所示:
①通入a氣體的電極是電池的負(填“正”或“負”)極,其電極反應式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
②常溫下,用此電池以惰性電極電解0.5L飽和食鹽水(足量),若兩極共生成氣體1.12L(已折算為標準狀況下的體積),則電解后溶液的pH為=13(忽略溶液的體積變化).

分析 (1)根據(jù)蓋斯定律計算書寫熱化學方程式;
(2)根據(jù)平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為$\frac{1}{4}$,利用三段式計算出平衡時各組分的含量,計算平衡常數(shù);
(3)①依據(jù)轉(zhuǎn)化率曲線分析判斷;
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答;
(4)①根據(jù)圖知,交換膜是質(zhì)子交換膜,則電解質(zhì)溶液呈酸性,根據(jù)氫離子移動方向知,通入a的電極為負極、通入b的電極為正極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應;
②根據(jù)電池反應為:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-,結(jié)合兩極生成氣體體積計算.

解答 解:(1)根據(jù)(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
(Ⅱ)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1
由(Ⅰ)×2+(Ⅱ)×2+(Ⅲ)得2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H,故△H=2△H1+2△H2+△H3=(+247.3kJ•mol-1)×2+(-90.1kJ•mol-1)×2+(-566.0kJ•mol-1)=-251.6kJ•mol-1,所以用CH4和O2直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1,
故答案為:2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)
起始(mol) 6        6          0       0
變化(mol) x        x          2x     2x
平衡(mol)6-x      6-x         2x      2x
平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為$\frac{1}{4}$,所以6-x=2x,解得x=2,
則此溫度下該反應的平衡常數(shù)X=$\frac{{c}^{2}(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})•c(C{O}_{2})}$=$\frac{{1}^{2}×{1}^{2}}{1×1}$=1,
故答案為:1;
(3)①從反應壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率“看,圖象中轉(zhuǎn)化率變化最大的是4.0×106Pa,
故答案為:4.0×106Pa;
②依據(jù)圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大,反應是放熱反應,溫度過高,平衡逆向進行,不利于轉(zhuǎn)化率增大,
故答案為:高于80時,溫度對反應速率影響較小,又因反應放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低;
(4)①根據(jù)圖知,交換膜是質(zhì)子交換膜,則電解質(zhì)溶液呈酸性,根據(jù)氫離子移動方向知,通入a的電極為負極、通入b的電極為正極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應,負極反應式為 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O,
故答案為:負;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;
②用此電池以惰性電極電解飽和食鹽水的電池反應為:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-,當兩極共收集到標準狀況下的氣體1.12L(0.05mol)時,則生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.05mol,所以C(OH-)=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L,所以PH=13,
故答案為:13.

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、熱化學方程式的計算書寫、化學平衡的計算、圖象分析判斷以及電化學的知識等,注意掌握基礎知識的掌握,題目難度中等.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:解答題

10.可逆反應mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)△H=a KJ/mol,反應時間與C%(產(chǎn)物C的體積分數(shù))函數(shù)關(guān)系如圖13所示.

(1)據(jù)上述信息試比較下列大小關(guān)系:P1> P2,T1<T2,△H<0,△S<0(填“>”“<”或“=”),圖丙中使用催化劑的是甲反應線.
(2)該反應在低溫(填“高溫”或“低溫”)下能自發(fā)進行.
(3)當該反應在兩個體積相等的恒容密閉容器中進行反應時,如圖:

請分析丙容器和丁容器達到平衡時C%(產(chǎn)物C的體積分數(shù))是否可能相等,能 (填“能”或“不能”),其原因是平衡在不同溫度下建立.
(4)假設第(3)問中,圖中物質(zhì)的量不變,在相同溫度下達到平衡時丁中A、B的濃度分別是丙中A、B的濃度的ω倍,求m:n的值為1.

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

11.下列對溶液敘述正確的是( 。
A.在中和滴定實驗中,容量瓶和錐形瓶用蒸餾水洗凈后即可使用,滴定管用蒸餾水洗凈后,須經(jīng)干燥或潤洗后方可使用
B.對于pH相同的氫氧化鈉和氨水,加水稀釋至m倍和n倍后,若稀釋后溶液的pH相等,則m>n
C.向冰醋酸中加水至配成醋酸稀溶液的過程中H+的濃度逐漸減小
D.25℃時NH4Cl溶液的KW大于100℃時NaCl溶液的KW

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

8.下列對濃硫酸的敘述正確的是( 。
A.常溫下,濃硫酸與鐵、鋁不反應,所以鐵質(zhì)、鋁質(zhì)容器能盛放濃硫酸
B.濃硫酸具有吸水性,故能使蔗糖碳化
C.濃硫酸和銅片加熱既表現(xiàn)出酸性,又表現(xiàn)出氧化性
D.濃H2SO4可做H2、O2等氣體的干燥劑表現(xiàn)其脫水性

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:解答題

15.H、C、N、O、Al、S是常見的六種元素.
完成下列填空:
(1)碳元素有12C、13C和14C等同位素.在14C原子中,核外存在2對自旋相反的電子.
(2)碳在形成化合物時,其所成化學鍵以共價鍵為主,原因是C有4個價電子且半徑較小,難以通過得或失電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu).
(3)任選上述元素可組成多種四原子的共價化合物,請寫出其中含非極性鍵的一種化合物的電子式或H:C??C:H.
(4)上述元素可組成鹽NH4Al(SO42.向10mL1mol/L NH4Al(SO42溶液中滴加1mol/L的NaOH溶液,沉淀物質(zhì)的量隨NaOH溶液體積的變化示意圖如下.
①NH4Al(SO42溶液中所有離子的濃度由大到小的順序是c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-),請解釋陽離子濃度差異的原因由于堿性:氨水>Al(OH)3,故Al3+的水解程度大于NH4+的水解程度,c(NH4+)>c(Al3+).
②寫出N點反應的離子方程式NH4++OH-=NH3•H2O.
③若向10mL1mol/L NH4Al(SO42溶液中加入20mL1.2mol/LBa(OH)2溶液,充分反應后,產(chǎn)生沉淀0.022mol.

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

5.1838年李比希提出了“基團”的定義,從此,有機化學中“基團”概念就確定了,下列有機基團的表達式不正確的是(  )
A.甲基-CH3B.羥基-OH-C.醛基-CHOD.羧基-COOH

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:解答題

12.已知:$→_{一定條件}^{CO、HCl}$,為合成某種液晶材料的中間體M,有人提出如下不同的合成途徑:

(1)常溫下,下列物質(zhì)能與A發(fā)生反應的有bd(填序號).
a.苯      b.Br2/CCl4       c.乙酸乙酯       d.KMnO4/H+溶液
(2)由A催化加氫生成M的過程中,可能有中間生成物(寫結(jié)構(gòu)簡式)生成.
(3)檢驗D中是否含有C可選用的試劑是銀氨溶液(或新制氫氧化銅懸濁液)(任寫一種名稱).
(4)物質(zhì)D也可由C10H13Cl與NaOH水溶液共熱生成,C10H13Cl的結(jié)構(gòu)簡式為
(5)C的一種同分異構(gòu)體E具有如下特點:
a.分子中含-OCH2CH3       b.苯環(huán)上只有兩種化學環(huán)境不同的氫原子
寫出E在一定條件下發(fā)生加聚反應的化學方程式:

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

9.亞硫酸鹽是一種常見的食品添加劑.用如圖實驗可檢驗某食品中亞硫酸鹽含量(含量通常以1kg樣品中含SO2的質(zhì)量計;所加試劑均足量).
[樣品]$→_{①}^{稀H_{2}SO_{4}邊通N_{2}邊煮沸}$[氣體A]$→_{②}^{H_{2}O_{2}溶液}$[含H2SO4]$→_{③}^{NaOH溶液}$[中和液],下列說法不正確的是(  )
A.亞硫酸鹽作為食品添加劑作用是防腐保鮮
B.反應①中通入N2的作用是將生成的氣體全部趕出
C.測定樣品質(zhì)量及③中耗堿量,可測定樣品中亞硫酸鹽含量
D.若僅將②中的氧化劑“H2O2溶液”替換為碘水,對測定結(jié)果無影響

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

10.從化學試劑商店買來的無水乙醇試劑瓶上所貼的危險化學品標志是( 。
A.B.C.D.

查看答案和解析>>

同步練習冊答案