9.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:
ⅠCH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
ⅡCO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
Ⅱ2CO(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恒容密閉容器中通入6mol CO2和6mol CH4,發(fā)生反應(i),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,CH4的轉(zhuǎn)化率為33.3%.
(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:CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCH3(g)
  科研人員對該反應進行了研究,部分研究結(jié)果如下:

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“3.5×106Pa““4.O×106Pa“或“5.0×106Pa”).
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,且反應放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低.
(4)鎂燃料電池在可移動電子設(shè)備電源和備用電源等方面應用前景廣闊.圖3為“鎂-次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖,電極為鎂合金和鉑合金.
①E為該燃料電池的負極(填“正”或“負”).F電極上的電極反應式為ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-
②鎂燃料電池負極容易發(fā)生自腐蝕產(chǎn)生氫氣,使負極利用率降低,用化學用語解釋其原因Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑.
(5)乙醛酸(HOOC-CHO)是有機合成的重要中間體.工業(yè)上用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸,原理如圖4所示,該裝置中陰、陽兩極為惰性電極,兩級室均可產(chǎn)生乙醛酸,其中乙二醛與M電極的產(chǎn)物反應生成乙醛酸.
①N電極上的電極反應式為HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O.
②若有2molH+通過質(zhì)子交換膜,并完全參與了反應,則該裝置中生成的乙醛酸為2mol.
(6)常溫下用惰性電極電解200mLNaCl、CuSO4的混合溶液,所得氣體的體積隨時間變化如圖5所示,根據(jù)圖5中信息回答下列問題.( 氣體體積已換算成標準狀況下的體積,且忽略氣體在水中的溶解和溶液體積的變化)
①曲線II (填Ⅰ或Ⅱ)表示陽極產(chǎn)生氣體的變化;
②NaCl的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L.CuSO4的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L.
③t2時所得溶液的pH為1.

分析 (1)根據(jù)蓋斯定律將(Ⅰ)×2+(Ⅱ)×2+(Ⅲ)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)和轉(zhuǎn)化率;
(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原電池中失電子的為負極;正極上ClO-得電子生成氯離子;②Mg的活潑性較強能與水反應生成氫氣;
(5)①N電極上HOOC-COOH得電子生成HOOC-CHO;②2mol H+通過質(zhì)子交換膜,則電池中轉(zhuǎn)移2mol電子,根據(jù)電極方程式計算;
(6)本題的關(guān)健是對圖象的解讀.剛開始時陰極Cu2+得電子,無氣體放出,Cu2+反應完溶液中的H+放電,Ⅰ是H2,陽極先是溶液中的Cl-放電,反應完后溶液中的OH-放電,電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液,陽極發(fā)生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O,陰極發(fā)生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑,結(jié)合圖可知,Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關(guān)系,Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關(guān)系,計算時抓住電子守恒.

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)K=$\frac{{c}^{2}(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c(C{O}_{2})}=\frac{{1}^{2}×{1}^{2}}{1×1}$=1,
CH4的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2}{6}$=33.3%,故答案為:1;33.3%;
(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,且反應放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低;
(4)①“鎂-次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負極,則Mg為負極;正極上ClO-得電子生成氯離子,則正極的電極反應式為:ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-;故答案為:負;ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-;
②Mg的活潑性較強能與水反應生成氫氣,其反應為:Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑,故答案為:Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑;
(5)①N電極上HOOC-COOH得電子生成HOOC-CHO,則電極反應式為HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O,故答案為:HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O;
②2mol H+通過質(zhì)子交換膜,則電池中轉(zhuǎn)移2mol電子,根據(jù)電極方程式HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O,可知生成1mol乙醛酸,由于兩極均有乙醛酸生成所以生成的乙醛酸為2mol;故答案為:2;
(6)①電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液,陽極發(fā)生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O,陰極發(fā)生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑,所以陽極上先產(chǎn)生氣體,曲線Ⅱ表示陽極產(chǎn)生氣體的變化,故答案為:Ⅱ;
②結(jié)合圖可知,Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關(guān)系,Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關(guān)系①由圖可知,產(chǎn)生氯氣為224mL,則由2Cl--2e-=Cl2↑可知,n(NaCl)=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol,所以c(NaCl)=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L,
由t2時生成氧氣為112mL,n(O2)=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol,則共轉(zhuǎn)移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol,
根據(jù)電子守恒及Cu2++2e-=Cu可知,n(CuSO4)=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol,所以c(CuSO4)=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L,
故答案為:0.1mol/L;0.1mol/L;
③由t2時4OH--4e-=O2↑+2H2O~4H+,n(H+)=0.005mol×4=0.02mol,則溶液的c(H+)=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L,pH=1,故答案為:1.

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(chǔ)知識的掌握,題目難度中等.

練習冊系列答案
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A.屬于鹵代烴,能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色
B.該物質(zhì)既有對映異構(gòu),也有順反異構(gòu)
C.在堿性條件下充分水解,可生成羧酸鹽
D.1mol 該物質(zhì)在一定條件下可與4molH2發(fā)生加成反應

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20.在2008年初我國南方遭遇的冰雪災害中,使用了一種融雪劑,其主要成分的化學式為XY2,X、Y為周期表前20號元素,其陽離子和陰離子的電子層結(jié)構(gòu)相同,且1molXY2含有54mol電子.
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(2)元素D、E原子的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍,D與Y相鄰,則D的離子結(jié)構(gòu)示意圖是;D與E能形成一種所有原子最外層均滿足8電子的分子,該分子的結(jié)構(gòu)式為S=C=S;D所在族元素的氫化物中,沸點最低的是H2S.
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17.(1)在一固定容積的密閉容器中進行著如下反應:
CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g) 其平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如下:
t℃70080085010001200
K2.61.71.00.90.6
(a)該反應平衡常數(shù)K的表達式為:$\frac{c(CO)•c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})•c({H}_{2})}$;
(b)當溫度為850℃,在2L密閉容器中通入1.0mol CO2和1.0mol H2,則平衡后,CO2的轉(zhuǎn)化率為50%.
(2)在微生物作用的條件下,NH4+經(jīng)過兩步反應被氧化成NO3-.這兩步的能量變化示意圖如下:

(a)第二步反應是放熱反應(選填“放熱”或“吸熱”)
(b)1molNH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的熱化學方程式是NH4+ (aq)+2O2(g)═NO3- (aq)+2H+(aq)+H2O(l)△H=-346 kJ/mol.
(3)已知:
化學式電離平衡常數(shù)
HCNK=4.9×10-10
H2CO3K1=4.3×10-7、K2=5.6×10-11
①25℃時,測得HCN和NaCN的混合溶液的pH=11,則c(HCN)/c(CN-)=2.0×10-2
②向NaCN溶液中通入少量CO2,則發(fā)生反應的離子方程式為:CN-+CO2+H2O=HCN+HCO3-
(4)已知:Ksp(CaCO3)=4.96×10-9,不考慮其它因素影響,現(xiàn)將0.40mol/L的Na2CO3溶液和0.20mol/L的CaCl2溶液等體積混合,則混合后溶液中Ca2+濃度為4.96×10-8mol/L.

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4.下列離子或分子在溶液中能大量共存的是( 。
A.K+.Al3+.Cl-.NO3-B.K+.Fe3+.Cl-.SiO32-
C.H+.Fe2+.SO42-.Br2D.K+.Ag+.NH3•H2O.NO3-

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14.向硫酸銅溶液中通入足量NH3后可得到深藍色溶液[溶質(zhì)為Cu(NH34SO4],再向所得溶液通入SO2至溶液呈微酸性發(fā)現(xiàn)有白色沉淀Q生成,反應方程式為:①2Cu(NH34SO4+3SO2+4H2O=2NH4CuSO3↓+3(NH42SO4.再將Q與足量的10mol/L硫酸混合微熱,則會發(fā)生如下反應:②2NH4CuSO3+2H2SO4=Cu+(NH42SO4+2SO2+CuSO4+2H2O.對上述兩個反應的有關(guān)分析中正確的是( 。
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1.有A、B、C、D、E五種原子序數(shù)依次增大的元素(原子序數(shù)均小于30).A的基態(tài)原子2p能級有3個單電子;C的基態(tài)原子2p能級有1個單電子;E原子最外層有1個單電子,其次外層有3個能級且均排滿電子;D與E同周期,價電子數(shù)為2.則:
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(4)寫出基態(tài)E原子的價電子排布式:3d104s1
(5)A的最簡單氫化物分子的空間構(gòu)型為三角錐形,其中A原子的雜化類型是sp3
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18.當歸素是一種治療偏頭痛的有效新藥.以下是某研究小組開發(fā)的生產(chǎn)當歸素的合成路線.

已知:①A的相對分子質(zhì)量為104.1molA與足量的碳酸氫鈉反應生成44.8L氣體(標準狀況);
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RCH=C(COOH)2 $\stackrel{催化劑}{→}$RCH=CHCOOH+CO2
請回答下列問題:
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(2)C可能發(fā)生的反應是AD(填字母).
A.氧化反應   B.水解反應   C.消去反應   D.酯化反應
(3)反應②的化學方程式為
(4)E的名稱為碳酸氫鈉.
(5)符合下列條件的D的同分異構(gòu)體共有4中,其中在核磁共振氫譜中只出現(xiàn)五組的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式為
①苯環(huán)上只有兩個取代基;    
②苯環(huán)上的一氯代物只有兩種;
③1mol該同分異構(gòu)體與足量的碳酸氫鈉反應生成2mol CO2

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19.某反應由兩步反應A═B═C構(gòu)成,它的反應能量曲線如圖所示(E1、E2、E3、E4表示活化能).下列有關(guān)敘述正確的是( 。
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