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甲醇可作為燃料電池的原料.以CH4和H2O為原料,通過下列反應來制備甲醇.

I:CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ?mol-1
Ⅱ:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-129.0kJ?mol-1
(1)CH4(g)與H2O(g)反應生成CH3OH(g)和H2(g)的熱化學方程式為
 

(2)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容積為100L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應I,測得在一定的壓強下CH4的轉化率與溫度的關系如圖1.
①假設100℃時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示該反應的平均反應速率為
 

②100℃時反應I的平衡常數為
 

(3)在壓強為0.1MPa、溫度為300℃條件下,將a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應II生成甲醇,平衡后將容器的容積壓縮到原來的
1
2
,其他條件不變,對平衡體系產生的影響是
 
 (填字母序號).
A.c(H2)減少
B.正反應速率加快,逆反應速率減慢
C.CH3OH 的物質的量增加
D.重新平衡
c(H2)
c(CH3OH)
減小
E.平衡常數K增大
(4)甲醇對水質會造成一定的污染,有一種電化學法可消除這種污染,其原理是:通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化.實驗室用圖2裝置模擬上述過程:
①寫出陽極電極反應式
 

②寫出除去甲醇的離子方程式
 

③若右圖裝置中的電源為甲醇-空氣-KOH溶液的燃料電池,則電池負極的電極反應式:
 
,凈化含1mol甲醇的水燃料電池需消耗KOH
 
mol.
考點:用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算
專題:化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題
分析:(1)根據蓋斯定律書寫熱化學方程式;
(2)100℃時達到平衡時,甲烷轉化率為50%,結合化學平衡三段式列式計算平衡時各組分的物質的量,
①根據c=
△n
V
△t
計算v(H2
②計算平衡狀態(tài)時各物質的濃度,代入平衡常數表達式計算;
(3)其他條件不變,平衡后將容器的容積壓縮到原來的
1
2
,壓強增大,正、逆反應速率都增大,但正反應速率增大更多,平衡向正反應方向移動,生成物的濃度增大,由于溫度不變,則平衡常數不變,結合平衡常數可知,平衡時反應物各組分的濃度都增大,據此分析解答;
(4)①通電后,將Co2+氧化成Co3+,電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應,電極反應為Co2+-e-=Co3+;
②以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化,自身被還原為Co2+,原子守恒與電荷守恒可知,還原生成H+,配平書寫為:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
③負極發(fā)生氧化反應,甲醇在負極失去電子,堿性條件下生成碳酸根與水;利用電池反應方程式2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H20分析.
解答: 解:(1)I:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ?mol-1
II:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ?mol-1
依據蓋斯定律,Ⅰ+Ⅱ得到:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77kJ?mol-1
故答案為:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77kJ?mol-1;
(2)將1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容積固定為100L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應I,由圖象可知100℃甲烷轉化率為50%,故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol,則:
             CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0     2.0      0        0
變化量(mol):0.5     0.5      0.5      1.5
平衡量(mol):0.5     1.5      0.5      1.5
①假設100℃時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示該反應的平均反應速率=
1.5mol
100L
5min
=0.003 mol?L-1?min-1,故答案為:0.003 mol?L-1?min-1
②100℃時反應I的平衡濃度為c(CH4)=0.050mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,
平衡常數K=
0.005×0.0153
0.005×0.015
=2.25×10-4,
故答案為:2.25×10-4
(3)A.平衡后將容器的容積壓縮到原來的
1
2
,壓強增大,平衡向正反應方向移動,生成物的濃度增大,由于平衡常數不變,結合平衡常數可知,平衡時反應物各組分的濃度都增大,故A錯誤;
B.壓強增大,正、逆反應速率都增大,但正反應速率增大更多,故B錯誤;
C.壓強增大,平衡向正反應方向移動,CH3OH 的物質的量增加,故C正確;
D.壓強增大,平衡向正反應方向移動,氫氣的物質的量減小、甲醇的物質的量增大,故重新平衡
c(H2)
c(CH3OH)
減小,故D正確;
E.平衡常數只受溫度影響,溫度不變,平衡常數不變,故E錯誤,
故答案為:CD;
(4)①、通電后,將Co2+氧化成Co3+,電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應,電極反應為Co2+-e-=Co3+,故答案為:Co2+-e-=Co3+
②、以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化,自身被還原為Co2+,結合原子守恒與電荷守恒可知,還原生成H+,配平書寫離子方程式為:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+,
故答案為:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
③負極發(fā)生氧化反應,甲醇在負極失去電子,堿性條件下生成碳酸根與水,負極電極反應式為:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O.
甲醇-空氣-KOH溶液的燃料電池的總反應方程式為2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O,CH3OH與KOH的物質的量之比為1:2,1molCH3OH反應,應有2molKOH參與反應.
故答案為:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O;2.
點評:本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象、影響化學平衡因素、平衡常數與反應速率計算、原電池等,掌握基礎是解本題的關鍵,題目難度中等.
練習冊系列答案
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已知:通常羥基與烯鍵碳原子相連接時,易發(fā)生下列轉化:

現有下列所示的轉化關系:

已知:B、G均能發(fā)生銀鏡反應,C能與濃溴水發(fā)生反應產生白色沉淀(反應后C的相對分子質量增加237),C的核磁共振氫譜中只出現4組峰.E能使溴水褪色.請回答:
(1)結構簡式:F
 

(2)寫出③的反應類型
 
;E加氫后所得產物的名稱為 1,3-二甲基環(huán)己烷.
(3)完成下列反應的化學方程式:
反應③
 
;
反應④
 

(4)寫出符合下列條件的“A”的同分異構體:
 

①能與碳酸氫鈉溶液發(fā)生反應;     ②含一個苯環(huán),且核磁共振氫譜中出現五組峰.

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科目:高中化學 來源: 題型:

常見的易揮發(fā)的物質有
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

800℃時,在2L密閉容器中發(fā)生2NO(g)+O2(g)?2NO2(g),測得n(NO)隨時間的變化如下表:
時間(s)012345
n(NO)(mol)0.200.100.080.070.070.07
(1)用O2表示2s時該反應的平均速率v=
 

(2)寫出該反應的平衡常數表達式:K=
 
.已知:K(800℃)>K(850℃),該反應是
 
(填“吸熱”或“放熱”)反應.
(3)能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是
 

A.v(NO2)=2v(O2)               B.容器內壓強保持不變
C.v(NO)=2v(O2)            D.容器內氣體的密度保持不變
(4)下列操作中,能使該反應的反應速率增大,且平衡向正反應方向移動的是
 

A.及時分離出NO2氣體         B.適當升高溫度
C.增大O2的濃度              D.選擇高效的催化劑
(5)圖中的曲線表示的是其他條件一定時,反應:2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)中NO的平衡轉化率與溫度的關系.圖中標有a、b、c、d四點,其中表示未達到平衡狀態(tài),且v(正)>v(逆)的點是
 

A.a點            B.b點       C.c點            D.d點.

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科目:高中化學 來源: 題型:

火力發(fā)電廠釋放出的大量NOx、SO2、CO2會對環(huán)境造成污染.對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳處理,可實現節(jié)能減排、廢物利用等目的.
(1)脫硝.利用甲烷催化還原NOx
CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ?mol-1
CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ?mol-1
甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為
 

(2)脫碳.CO2轉化為甲醇的熱化學方程式為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①將CO2和H2的混合氣體分成五等份,將它們分別充入溫度不同、容積相同的恒容容器中發(fā)生上述反應.反應相同時間后,測得甲醇的體積分數φ(CH3OH)與反應溫度T的關系如圖1,則上述CO2轉化為甲醇的反應的△H3
 
0(填“>”、“<”或“=”).
②圖2是用于筆記本電腦的甲醇燃料電池結構示意圖,質子交換膜左右兩側的溶液均為1L 2mol/L H2SO4溶液,當電池中有1mol e-發(fā)生轉移時左右兩側溶液的質量之差為
 
(忽略氣體的溶解,假設反應物完全耗盡).

(3)脫硫.①某種脫硫工藝中將廢氣處理后,與一定量的氨氣、空氣、水反應,生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產品氮肥.設廢氣中SO2、NO2的物質的量之比為1:1,則該反應的化學方程式為
 

②25℃時pH均為4的硝酸銨溶液和稀硝酸中由水電離出的氫離子濃度分別為c1、c2,則c1與c2的比值等于
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

近年來,碳和碳的化合物在生產生活實際中應用廣泛.甲烷燃燒放出大量的熱,可作為能源用于人類的生產和生活.已知、2CH4(g)+3O2(g)=2CO。╣)+4H2O(l)△H1=-1214.6KJ/mol
②2CO。╣)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ/mol
則反應CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O (l) 的△H=
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

根據裝置圖,回答有關問題.
(1)寫出所標儀器的名稱:a
 
,b
 

(2)用高錳酸鉀制取氧氣的化學方程式為
 
,屬于
 
反應(填基本反應類型).若選擇A作該反應的發(fā)生裝置,則裝置A中的試管口還要放一團
 

(3)C、D兩瓶氣體中一瓶是CO2,一瓶是H2,則C、D瓶中
 
(填編號)瓶為CO2氣體.
(4)都可用于制取O2、CO2和H2的發(fā)生裝置是
 
(填編號).

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科目:高中化學 來源: 題型:

下列有關試劑的保存方法,錯誤的是( 。
A、金屬鈉保存在煤油中
B、存放FeSO4溶液時加入少量鐵粉
C、NaOH溶液保存在帶橡膠塞的玻璃試劑瓶中
D、FeCl3溶液保存在廣口瓶中

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科目:高中化學 來源: 題型:

N(NO23是科學家2011年發(fā)現的一種新型火箭推進劑的原料,下列有關說法正確的是(  )
A、該物質只具有氧化性
B、該物質的摩爾質量是152
C、15.2g該物質含有6.02×1023個原子
D、該物質既有氧化性又有還原性

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