有效利用現(xiàn)有資源是解決能源問題的一種實際途徑。發(fā)展“碳一化學”,開發(fā)利用我國相對豐富的煤炭資源具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值。下面是以焦炭為原料,經(jīng)“碳一化學”途徑制取乙二醇的過程:
(1)該過程中產(chǎn)生的的CO可繼續(xù)與水蒸氣發(fā)生可逆反應得到CO2和H2,此反應的平衡常數(shù)表達式K=_____________。
(2)CH3OH(l)氣化時吸收的熱量為27kJ/mol,CH3OH(g)的燃燒熱為677kJ/mol,請寫出CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式_____________。
(3)“催化還原”反應制乙二醇原理如下: CH3OOC—COOCH3(g)+4H2(g)HOCH2-CH2OH(g)+2CH3OH(g) △H=-34kJ/mol
為探究實際生產(chǎn)的最佳條件,某科研小組進行了多方面研究。如圖表示乙二醇達到平衡時的產(chǎn)率隨原料投料比[n(氫氣)/n(草酸二甲酯)]和壓強的變化關系,其中三條曲線分別表示體系壓強為1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa的情況,則曲線丙對應的壓強是P(丙)=_____________。
(4)草酸二甲酯水解產(chǎn)物草酸(H2C2O4)為二元中強酸①草酸氫鉀溶液中存 在如下平衡: H2OH++OH-、HC2O4-H++C2O42-和____________。
②向0.1mol/L的草酸氫鉀溶液里滴加NaOH溶液至中性,此時溶液中各粒子濃度關系正確的是__________(填序號)。
A.c(K+)+c(Na+)=c(HC2O4-)+c(C2O42-) |
B.c(K+)=c(HC2O4-)+c(H2C2O4)+c(C2O42-) |
C.c(Na+)=c(H2C2O4)+c(C2O42-) |
D.c(K+)>c(Na+) |
(1)
(2)CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=--650KJ/mol
(3)1. 5Mpa;
(4) ①HC2O4-+H2O=H2C2O4+OH-. ② B D
(5) CH3OH+ H2O-6e-= CO2+6H+。1.68
解析試題分析: (1)CO和水蒸汽反應的化學方程式為:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g);瘜W平衡常數(shù)是可逆反應達到平衡狀態(tài)時各生成物濃度冪指數(shù)的乘積與個反應物濃度冪指數(shù)乘積的比。因此根據(jù)平衡常數(shù)的定義可得該反應的化學平衡常數(shù)的表達式為:。(2) 燃燒熱是1mol的物質(zhì)完全燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量。則CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH(l)+ 3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH="--650KJ/mol" (3)由制取乙二醇的想方程式CH3OOC—COOCH3(g)+4H2(g)HOCH2-CH2OH(g)+2CH3OH(g) △H=-34kJ/mol 可以看出:在相同的投料比時,壓強越大,化學反應速率越快,達到平衡所需要的時間就越短。因為丙對應的反應達到平衡所需要的時間最長,所以應該是壓強最小的1.5MPa的情況。(4)草酸(H2C2O4)為二元中強酸,所以草酸氫鉀是強堿弱酸鹽。在其溶液中存在的弱電解質(zhì)的電離平衡H2OH++OH-、HC2O4-H++C2O42-及弱酸根離子的水解平衡:HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-。②A.任何溶液都存在著電荷守恒。所以有關系:c(K+)+c(Na+)+c(H+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-)+c(OH-).因為溶液呈中性,所以c(H+)=c(OH-)。兩式相減可得:c(K+)+c(Na+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-).錯誤。B.根據(jù)物料守恒可得c(K+)=c(HC2O4-)(始)= c(HC2O4-)+c(H2C2O4)+c(C2O42-)。正確。C. 根據(jù)A可知c(K+)+c(Na+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-).而c(K+)=c(HC2O4-)(始)= c(HC2O4-)+c(H2C2O4)+c(C2O42-),所以c(Na+)=c(C2O42-) —c(H2C2O4).錯誤。KHC2O4電離使溶液顯酸性,c(K+)=c(HC2O4-)(始),c(Na+)= c(HC2O4-)(電離)。但是弱酸根離子HC2O4-電離程度是很微弱的,c(HC2O4-)(始)> c(HC2O4-)(電離)。所以c(K+)>c(Na+)。正確。因此選項為B、D。(5)以甲醇為原料,使用酸性電解質(zhì)構成燃料電池,該燃料電池的負極為甲醇,電極反應式為CH3OH+ H2O-6e-= CO2+6H+,發(fā)生氧化反應;正極為O2,電極反應式為O2+ 4e-+ 4H+=2H2O.n(CH3OH)=3.2g÷32g/mol=0.1mol.所以根據(jù)電極反應式可知電子轉移0.6mol,而每mol的甲烷在反應時轉移電子8mol,因此需要消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.6mol÷8="0.075mol." 故所需標準狀況下的甲烷的體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L.
考點:考查化學平衡常數(shù)的表達式、外界條件對化學平衡的影響、熱化學方程式的書寫、微粒濃度的比較、弱電解質(zhì)的電離平衡及水解平衡、原電池反應原理及有關計算的知識。
科目:高中化學 來源: 題型:填空題
二甲醚是一種重要的清潔燃料,也可替代氟利昂作制冷劑等,對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚。
請回答下列問題:
(1)煤的氣化的主要化學反應方程式為:______________________________________。
(2)煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H2S用Na2CO3溶液吸收,生成兩種酸式鹽,該反應的化學方程式為:____________________________________________________________。
(3)利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下:
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)ΔH=-90.8 kJ·mol-1
②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH=-41.3 kJ·mol-1
總反應3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=________;
一定條件下的密閉容器中,該總反應達到平衡,要提高CO的轉化率,可以采取的措施是________(填字母代號)。
a.高溫高壓
b.加入催化劑
c.減少CO2的濃度
d.增加CO的濃度
e.分離出二甲醚
(4)已知反應②2CH3OH(g)??CH3OCH3(g)+H2O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400。此溫度下,在密閉容器中加入CH3OH,反應到某時刻測得各組分的濃度如下:
物質(zhì) | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
濃度/(mol·L-1) | 0.44 | 0.6 | 0.6 |
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
工業(yè)制硝酸的主要反應為:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6 H2O(g)△H。
(1)已知氫氣的燃燒熱為285.8 kJ/mol。
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol;
H2O(1)=H2O(g)△H=+44.0 kJ/mol;
N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.6 kJ/mol。
則上述工業(yè)制硝酸的主要反應的△H= 。
(2)在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應,容器內(nèi)部分物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度如下表:
①反應在第2 min到第4 min時,O2的平均反應速率為 。
②反應在第6 min時改變了條件,改變的條件可能是 (填序號)。
A.使用催化劑 B.升高溫度 C.減小壓強 D.增加O2的濃度
③下列說法中能說明4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6 H2 O(g)達到平衡狀態(tài)的是 (填序號)。
A.單位時間內(nèi)生成n mol NO的向時,生成n mol NH3
B.條件一定,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
C.百分含量w(NH3)=w(NO)
D.反應速率v(NH3):u(O2):v(NO):v(H2O)=4:5:4:6
E.若在恒溫恒壓下容積可變的容器中反應,混合氣體的密度不再變化
(3)某研究所組裝的CH3OH-O2燃料電池的工作原理如圖所示。
①該電池工作時,b口通入的物質(zhì)為____ 。
②該電池正極的電極反應式為: 。
③以此電池作電源,在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理(裝置如圖所示)的過程中,發(fā)現(xiàn)溶液逐漸變渾濁并有氣泡產(chǎn)生,其原因可能是 (用相關的離子方程式表示)。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
面對目前世界范圍內(nèi)的能源危機,甲醇作為一種較好的可再生能源,具有廣泛的應用前景。
(1)已知在常溫常壓下反應的熱化學方程式:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1=-90 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41 kJ·mol-1
寫出由二氧化碳、氫氣制備甲醇的熱化學方程式:_______________________。
(2)在容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H2,在催化劑作用下反應生成甲醇,平衡時的轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。
①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”);
②在其他條件不變的情況下,再增加a mol CO與2a mol H2,達到新平衡時,CO的轉化率________(填“增大”、“減小”或“不變”,下同),平衡常數(shù)________。
(3)已知在T ℃時,CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)K=0.32,在該溫度下,已知c始(CO)=1 mol·L-1,c始(H2O)=1 mol·L-1,某時刻經(jīng)測定CO的轉化率為10%,則該反應________(填“已經(jīng)”或“沒有”)達到平衡,原因是___________________________________________。此時刻v正________v逆(填“>”或“<”)。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
Ⅰ.利用化學原理可以對工廠排放的廢水、廢渣等進行有效檢測與合理處理。用乙烯作為還原劑將氮的氧化物還原為N2是燃煤煙氣的一種脫硝(除NOx)技術。其脫硝機理如圖所示。寫出該脫硝過程中乙烯和NO2反應的化學方程式 。
Ⅱ.(1)如圖是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反應生成CO2和NO過程中的能量變化示意圖,若在反應體系中加入催化劑,反應速率增大,E1的變化是 (填“增大”、“減小”或“不變”,下同),ΔH的變化是 。
(2)甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的兩種反應原理是①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)ΔH="+49.0" kJ·mol-1;
②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2(g)ΔH="-192.9" kJ·mol-1。
又知③H2O(g)=H2O(l) ΔH="-44" kJ·mol-1。
則甲醇蒸氣完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為 。
寫出甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池在酸性條件下的負極反應式: 。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
甲醇是一種可再生能源,具有廣泛的開發(fā)和應用前景。
(1)工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇:
反應Ⅰ:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH1
反應Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
①上述反應符合“原子經(jīng)濟”原則的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)(K)。
溫度 | 250 ℃ | 300 ℃ | 350 ℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
(1)在焙燒爐中發(fā)生反應:
①Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g) ΔH=-492.7 kJ·mol-1
②3CO(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=+25.2 kJ·mol-1
反應2Fe2O3(s)+3C(s)4Fe(s)+3CO2(g) ΔH=________kJ·mol-1。
(2)天然氣(以甲烷計)在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛。甲烷蒸汽轉化法制H2的主要轉化反應如下:
CH4 (g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1
CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0 kJ·mol-1
上述反應所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒,必須除去。工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應生成易除去的CO2,同時又可制得等體積的氫氣的方法。此反應稱為一氧化碳變換反應,該反應的熱化學方程式是_________________________________________。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
甲醇是一種重要的化工原料。甲醇與水蒸氣催化重整可獲得清潔能源,具有廣泛的應用前景,F(xiàn)有如下實驗,在體積為1 L的密閉容器中,充入1mol CH3OH和1molH2O,一定條件下發(fā)生反應:CH3OH (g)+ H2O (g) CO2(g) +3 H2 (g),測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下表所示。
時間 物質(zhì) | 0 min | 10 min | 30 min | 60 min | 70 min |
CO2(mol/L) | 0 | 0.2 | 0.6 | 0.8 | 0.8 |
CH3OH(mol/L) | 1.0 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 0.2 |
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
銅單質(zhì)及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)和科研中有重要作用。
(1)已知:2Cu2O(s) + O2(g) = 4CuO(s)△H=-292kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ·mol-1
請寫出用足量炭粉還原CuO(s)制備Cu2O(s)的熱化學方程式: ;
(2)現(xiàn)用氯化銅晶體(CuCl2·2H2O,含氯化亞鐵雜質(zhì))制取純凈的CuCl2·2H2O。先將其制成水溶液,后按如圖步驟進行提純:
已知Cu2+、Fe3+和Fe2+的氫氧化物開始沉淀和沉淀完全時的pH見下表
金屬離子 | Fe3+ | Fe2+ | Cu2+ |
氫氧化物開始沉淀時的pH | 1.9 | 7.0 | 4.7 |
氫氧化物完全沉淀時的pH | 3.2 | 9.0 | 6.7 |
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