Question

1．以煤為主要原料可以制備乙二醇，相關(guān)工藝流程如下：

（1）寫出方法l在催化劑的條件下直接制取乙二醇的化學(xué)方程式2CO+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$HOCH₂CH₂OH
（2）合成氣在不同催化劑作用下，可以合成不同的物質(zhì)．下列物質(zhì)僅用合成氣為原料就能得到且原子利用率為100%的是B（填字母）．
A．草酸（ HOOC-COOH）    B．甲醇（CH₃OH）    C．尿素[CO（NH₂）₂]
（3）工業(yè)上還可以利用天然氣（主要成分為CH₄．）與CO₂反應(yīng)制備合成氣．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
則CH₄與CO₂生成合成氣的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3KJ/mol
（4）方法2：在恒容密閉容器中投入草酸二甲酯和H₂發(fā)生如下反應(yīng)：
CH₃OOC-COOCH₃（g）+4H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）+2CH₃OH（g）△H=-34kJ/mol
為提高乙二醇的產(chǎn)量和速率，宜采用的措施是BC（填字母）．
A．升高溫度    B．增大壓強(qiáng)    C．增大氫氣濃度
（5）草酸二甲酯水解生成草酸：CH₃OOC-COOCH₃+2H₂O?2CH₃OH+HOOC-COOH
①草酸是二元弱酸，可以制備KHC₂O₄ （草酸氫鉀），KHC₂O₄ 溶液呈酸性，用化學(xué)平衡原理解釋：HC₂O₄^-既能水解又能電離：HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-；HC₂O₄^-+H₂O?H₂C₂O₄+OH^-，而HC₂O₄^-的電離大于其水解．
②在一定的KHC₂O₄ 溶液中滴加NaOH溶液至中性．下列關(guān)系一定不正確的是AC（填字母）．
A．c（Na⁺）＞c（K⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（HC₂O₄^-）
B．c（K+）=c（HC₂O₄^-）+c（C2O₄^2-）+c（H₂C₂O₄）
C．c（K⁺）+c（Na⁺）=c（HC₂O₄^-）+c（C₂O₄^2-）
（6）乙二醇、空氣在KOH溶液中構(gòu)成燃料電池，加入乙二醇的電極為電源的負(fù)（填“正”或“負(fù)”）級，負(fù)極反應(yīng)式為HOCH₂CH₂OH-10e^-+14OH^-=2CO₃^2-+10H₂O．

Answer 1

分析 利用碳和水蒸汽反應(yīng)制得CO和H₂，再利用CO和H₂直接法通過加熱加成得到乙二醇，或者氧化偶聯(lián)法制得草酸二甲酯和氫氣，再通過催化還原得到乙二醇；
（1）根據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)書寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律來分析；
（3）根據(jù)蓋斯定律來分析；
（4）通過分析平衡的移動(dòng)來判斷；
（5）①HC₂O₄^-既能水解又能電離，據(jù)此分析；
②在一定的KHC₂O₄溶液中滴加NaOH溶液至中性，則溶液中的溶質(zhì)為：KHC₂O₄和K₂C₂O₄來分析，結(jié)合物料守恒和電荷守恒來分析；
（6）在燃料電池中，可燃物均發(fā)生氧化反應(yīng)，均在負(fù)極放電，結(jié)合電解質(zhì)溶液的環(huán)境來書寫負(fù)極反應(yīng)．

解答 解：（1）合成氣的主要成分為CO和H₂，在催化劑條件下合成乙二醇的反應(yīng)：2CO+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$HOCH₂CH₂OH，故答案為：2CO+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$HOCH₂CH₂OH；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，合成氣的主要成分為CO和H₂，不含氮元素，故不可能合成出尿素，故C不選；而在A乙二酸中，C、O原子個(gè)數(shù)比為1：2，大于了CO中的1：1，故不能由合成氣來合成，而B．甲醇（CH₃OH） 可以由CO和H₂按1：2來合成，全部原子均轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子轉(zhuǎn)化率達(dá)到了100%，故答案為：B；
（3）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ/mol  ①
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol   ②
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566．kJ/mol   ③
將①-②-③可得：
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=（-890.3kJ/mol）-（-571.6kJ/mol）-（-566．kJ/mol）=+247.3KJ/mol，故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3KJ/mol；
（4）A．升高溫度，平衡左移，乙二醇的產(chǎn)量降低，故A不選；  
  B．增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，平衡右移，乙二醇的產(chǎn)量增大，故B選；
  C．增大氫氣濃度，反應(yīng)速率加快，平衡右移，乙二醇的產(chǎn)量增大，故C選；故答案為：BC；
（5）①HC₂O₄^-既能水解又能電離：HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-，電離顯酸性；HC₂O₄^-+H₂O?H₂C₂O₄+OH^-，水解顯堿性，而HHC₂O₄溶液顯酸性，說明HC₂O₄^-的電離大于其水解，故答案為：HC₂O₄^-既能水解又能電離：HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-；HC₂O₄^-+H₂O?H₂C₂O₄+OH^-，而HC₂O₄^-的電離大于其水解；
②在一定的KHC₂O₄溶液中滴加NaOH溶液至中性，則加入的NaOH的量必須較少，將部分KHC₂O₄反應(yīng)掉，則溶液中的溶質(zhì)為：KHC₂O₄和K₂C₂O₄和Na₂C₂O₄，
A、由于加入的NaOH的量必須較少，將部分KHC₂O₄反應(yīng)掉，故c（Na⁺）不可能大于c（K⁺），故A錯(cuò)誤；
B、溶液中的K⁺和HC₂O₄^-、H₂C₂O₄和C₂O₄^2-均來自于KHC₂O₄，根據(jù)物料守恒可知：c（K⁺）=c（HC₂O₄^-）+c（C₂O₄^2-）+c（H₂C₂O₄），故B正確；
C、根據(jù)電荷守恒可知：c（K⁺）+c（Na⁺）=c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）+c（OH^-），故C錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
（6）在燃料電池中，可燃物均發(fā)生氧化反應(yīng)，均在負(fù)極放電；由于是堿性燃料電池，故負(fù)極乙二醇放電生成CO₃^2-，電極方程式為HOCH₂CH₂OH-10e^-+14OH^-=2CO₃^2-+10H₂O，故答案為：負(fù)；HOCH₂CH₂OH-10e^-+14OH^-=2CO₃^2-+10H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、平衡的移動(dòng)和燃料電池電極反應(yīng)的書寫等內(nèi)容，綜合性較強(qiáng)，難度適中．