甲醇是一种基础的有机化工原料和优质燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下可以合成甲醇,主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
由此计算△H1=_________ kJ·mol-1;已知△H2=-58 kJ·mol-1,则△H3=_______ kJ·mol-1。
(2)反应①、②、③对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系是K2=________ ;随着温度的升高,K1______ (填“减小”、“增大”或“不变”)。
(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如下图左所示。图中压强由大到小的顺序为______________ 。
(4)上图右是某研究机构开发的给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电池总反应为:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。一个甲醇分子经过电化学氧化,可以产生_______ 个电子的电量,其负极的电极反应式为_______________ 。
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
由此计算△H1=
(2)反应①、②、③对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系是K2=
(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如下图左所示。图中压强由大到小的顺序为
(4)上图右是某研究机构开发的给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电池总反应为:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。一个甲醇分子经过电化学氧化,可以产生
更新时间:2016-12-09 14:50:44
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(0.4)
【推荐1】甲醇既可用于基本有机原料,又可作为燃料用于替代矿物燃料。
(1)以下是工业上合成甲醇的两个反应:
反应I: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
反应II:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2
① 上述反应符合“原子经济”原则的是______ (填“I”或“II”)。
② 下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(K)。
由表中数据判断反应I为______ 热反应(填“吸”或“放”)。
③ 某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则CO的转化率为_________________ ,此时的温度为______________ (从表中选择)。
(2) 已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1 kJ/mol
② 2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH2 kJ/mol
③ H2O(g)= H2O(l) ΔH3 kJ/mol
则反应CH3OH(l)+ O2(g)= CO(g)+ 2H2O(l) ΔH=__________ kJ/mol
(3)现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O2‾7)时,实验室利用下图装置模拟该法:
① N电极的电极反应式为________________________ 。
② 请完成电解池中Cr2O2‾7转化为Cr3+的离子反应方程式:
Cr2O7 2‾+_____ Fe2+ +___ ═= ______ Cr3++____ Fe3++_____ H2O
(4) 处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10‾5 mol•L﹣1时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=________ 。(已知, Ksp[Cr(OH)3]=6.4×10‾31,lg2=0.3)
(1)以下是工业上合成甲醇的两个反应:
反应I: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
反应II:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2
① 上述反应符合“原子经济”原则的是
② 下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
③ 某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则CO的转化率为
(2) 已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1 kJ/mol
② 2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH2 kJ/mol
③ H2O(g)= H2O(l) ΔH3 kJ/mol
则反应CH3OH(l)+ O2(g)= CO(g)+ 2H2O(l) ΔH=
(3)现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O2‾7)时,实验室利用下图装置模拟该法:
① N电极的电极反应式为
② 请完成电解池中Cr2O2‾7转化为Cr3+的离子反应方程式:
Cr2O7 2‾+
(4) 处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10‾5 mol•L﹣1时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=
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解题方法
【推荐2】氮及其化合物在工农业生产、生活中有重要作用。请按要求回答下列相关问题:
(1)汽车发动机工作时也会引发N2和O2反应产生大气污染物NO,其能量变化示意图为
则该反应的热化学方程式为___ 。
(2)工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0,分别在T1、T2温度下,改变起始氢气物质的量,测得平衡时氨的体积分数如图所示:
①比较在m、n、q三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是___ 点。
②T2条件下,在2L的密闭容器中,充入xmolN2和ymolH2时,3min达平衡,此时反应物的转化率均为a,写出下列仅含a、x的表达式(不必化简):v(N2)=___ ;该反应的平衡常数的值K=___ 。
③图象中T2___ T1(填“高于”、“低于”、“等于”或“无法确定”)。
(1)汽车发动机工作时也会引发N2和O2反应产生大气污染物NO,其能量变化示意图为
则该反应的热化学方程式为
(2)工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0,分别在T1、T2温度下,改变起始氢气物质的量,测得平衡时氨的体积分数如图所示:
①比较在m、n、q三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是
②T2条件下,在2L的密闭容器中,充入xmolN2和ymolH2时,3min达平衡,此时反应物的转化率均为a,写出下列仅含a、x的表达式(不必化简):v(N2)=
③图象中T2
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(0.4)
【推荐3】在2L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g)⇌pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为化学计量数.在0~3min内,各物质物质的量的变化如下表所示:
已知2min内v(Q)=0.075mol/(L•min),v(Z):v(Y)=1:2
(1)试确定以下物质的相关量:起始时n(Y)= ,平衡常数K= (保留一位有效数字).
(2)写出反应的化学方程式 .
(3)用Z表示2min内的反应速率 .
(4)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义.有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可通过间接的方法测定.现根据下列3个热化学反应方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣24.8kJ/mol
3Fe2O3(s)+CO(g)═2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=﹣47.2kJ/mol
Fe3O4(s)+CO(g)═3FeO(s)+CO2(g)△H=+640.5kJ/mol
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式: .
物质时间 | X | Y | Z | Q |
起始/mol | 0.7 | 1 | ||
2min末/mol | 0.8 | 2.7 | 0.8 | 2.7 |
3min末/mol | 0.8 |
已知2min内v(Q)=0.075mol/(L•min),v(Z):v(Y)=1:2
(1)试确定以下物质的相关量:起始时n(Y)= ,平衡常数K= (保留一位有效数字).
(2)写出反应的化学方程式 .
(3)用Z表示2min内的反应速率 .
(4)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义.有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可通过间接的方法测定.现根据下列3个热化学反应方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣24.8kJ/mol
3Fe2O3(s)+CO(g)═2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=﹣47.2kJ/mol
Fe3O4(s)+CO(g)═3FeO(s)+CO2(g)△H=+640.5kJ/mol
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式: .
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(0.4)
【推荐1】接触法制硫酸工艺中,其主反应在450℃并有催化剂存在下进行:2SO2(g)+O2(g)⇌△催化剂2SO3(g);△H=﹣190kJ•mol﹣1
(1)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO2和0.10molO2,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO30.8g,则V(O2)=___ mol•L﹣1•min﹣1,计算此时化学平衡常数K1=____ .
(2)若温度不变,继续通入0.20mol SO2和0.10mol SO3,则平衡移动方向及原因是_________ ,达平衡后,化学平衡常数为K2,则K1、K2之间的关系为_____ (填“>”、“<”或“=”).
(3)有两只密闭容器A和B,A能保持恒容,B能保持恒压.起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2:1的等量的SO2和O2,使之发生反应.则(填>、=、<;左、右;增大、减小、不变).
①达到平衡所需要的时间:t(A)______ t(B)
②平衡时,SO2的转化率:a(A)_____ a(B)
③达到平衡时,在两容器中分别通入等量的Ar气.B中的化学平衡向___ 反应方向移动,A中的化学反应速率___ .
(1)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO2和0.10molO2,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO30.8g,则V(O2)=
(2)若温度不变,继续通入0.20mol SO2和0.10mol SO3,则平衡移动方向及原因是
(3)有两只密闭容器A和B,A能保持恒容,B能保持恒压.起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2:1的等量的SO2和O2,使之发生反应.则(填>、=、<;左、右;增大、减小、不变).
①达到平衡所需要的时间:t(A)
②平衡时,SO2的转化率:a(A)
③达到平衡时,在两容器中分别通入等量的Ar气.B中的化学平衡向
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【推荐2】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
Ⅰ﹒脱硝:
已知:H2的燃烧热为285.8kJ·mol—1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol—1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=—44kJ·mol—1
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为:_________________ ;
Ⅱ﹒脱碳:
向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2,在适当的催化剂作用下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH﹤0
⑴①该反应自发进行的条件是___________ (填“低温”、“高温”或“任意温度”)
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_________ (填字母)
A﹒混合气体的平均相对分子质量保持不变
B﹒CO2和H2的体积分数保持不变
C﹒CO2和H2的转化率相等
D﹒混合气体的密度保持不变
E﹒1molCO2生成的同时有3molH—H键断裂
③CO2的浓度随时间(0~t2)变化如图所示,在t2时将容器容积缩小一倍,t3时达到平衡,t4时降低温度,t5时达到平衡,请画出t2~t6CO2浓度随时间的变化曲线。_________
⑵改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH﹤0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表:
①达到平衡时,反应Ⅰ、Ⅱ对比:平衡常数K(Ⅰ)_______ K(Ⅱ)(填“﹥”“﹤”或“=”)
②对反应Ⅰ,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=________________ 。在其他条件不变的情况下,若30min时只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),则平衡________ 移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
⑶利用CO与H2可直接合成甲醇,下图是由“甲醇—空气”形成的绿色燃料电池的工作原理
示意图,写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式_________
Ⅰ﹒脱硝:
已知:H2的燃烧热为285.8kJ·mol—1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol—1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=—44kJ·mol—1
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为:
Ⅱ﹒脱碳:
向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2,在适当的催化剂作用下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH﹤0
⑴①该反应自发进行的条件是
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是
A﹒混合气体的平均相对分子质量保持不变
B﹒CO2和H2的体积分数保持不变
C﹒CO2和H2的转化率相等
D﹒混合气体的密度保持不变
E﹒1molCO2生成的同时有3molH—H键断裂
③CO2的浓度随时间(0~t2)变化如图所示,在t2时将容器容积缩小一倍,t3时达到平衡,t4时降低温度,t5时达到平衡,请画出t2~t6CO2浓度随时间的变化曲线。
⑵改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH﹤0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表:
反应条件 | 反应时间 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) |
反应Ⅰ:恒温恒容 | 0min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反应Ⅱ:绝热恒容 | 0min | 0 | 0 | 2 | 2 |
①达到平衡时,反应Ⅰ、Ⅱ对比:平衡常数K(Ⅰ)
②对反应Ⅰ,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=
⑶利用CO与H2可直接合成甲醇,下图是由“甲醇—空气”形成的绿色燃料电池的工作原理
示意图,写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式
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(0.4)
【推荐3】在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g) 2NO2(g) △H,随温度升高,混合气体的颜色变深。回答下列问题:
(1)反应的△H_______ 0(填“>”或“<”);100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0~60s时段,反应速率v(NO2)为______ mol·L-1·s-1,反应的平衡常数K为_________ 。
(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。则T________ 100℃(填“大于”或“小于”)。
(3)利用图(a)和(b)中的信息,按图(b)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的__________ (填“深”或“浅”),其原因是_________ 。
(1)反应的△H
(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。则T
(3)利用图(a)和(b)中的信息,按图(b)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的
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(0.4)
【推荐1】电解质溶液A:25g CuSO4·5H2O + 4mL浓H2SO4 + 200mL H2O
电解质溶液B:16g CuCl+ 100mL浓HCIl+ 100mL H2O + 4g铜粉
以铜为电极,通电电解串连的两个电解槽(分别盛电解质溶液A和电解质溶液B)。正极质量改变如下表所示:
(1)正极质量改变不同的原因_______ 。
(2)电解质液中加铜粉的原因是_______ 。
(3)从理论上讲,电解过程铜粉质量不会改变,为什么?实际情况如何_______ 。
电解质溶液B:16g CuCl+ 100mL浓HCIl+ 100mL H2O + 4g铜粉
以铜为电极,通电电解串连的两个电解槽(分别盛电解质溶液A和电解质溶液B)。正极质量改变如下表所示:
电解前质量/g | 电解后质量/g | 改变量/g | ||
电解质液A | 正极 | 7.4 | 7.3 | -0.1 |
负极 | 7.5 | 7.6 | 0.1 | |
电解质液B | 正极 | 7.4 | 7.2 | -0.2 |
负极 | 7.3 | 7.5 | 0.2 |
(1)正极质量改变不同的原因
(2)电解质液中加铜粉的原因是
(3)从理论上讲,电解过程铜粉质量不会改变,为什么?实际情况如何
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(0.4)
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【推荐2】芒硝化学式Na2SO4·10H2O,无色晶体,易溶于水,是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,用如图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠,无论从节省能源还是提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。
①该电解槽的阳极反应式为_________________ 。此时通过阴离子交换膜的离子数______ (填“大于”或“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钠溶液从出口(填写“A”、“B”、“C”、“D”)__________ 导出。
③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因_______________________ 。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池,则电池负极的电极反应式为___________ 。已知H2的燃烧热为285.8 kJ/mol,则该燃料电池工作产生36 g H2O时,理论上有________ kJ的能量转化为电能。
①该电解槽的阳极反应式为
②制得的氢氧化钠溶液从出口(填写“A”、“B”、“C”、“D”)
③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池,则电池负极的电极反应式为
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【推荐3】(1)请用>、<或=填写下列空格:
①已知:Zn(s)+CuSO4(aq)==ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216 kJ·mol-1,则E反应物________ E生成物
②由A、B两金属作电极,硫酸溶液作电解质溶液,形成原电池,电流由A极经外电路流向B极,则金属活泼性A________ B
③镀层破损后铁的腐蚀速度比较:镀锌铁管________ 镀锡铁管
(2)用增大、减小或不变填写下列空格:
④以石墨为电极电解Na2SO4溶液时,电解过程中阳极区溶液的pH______
⑤某温度下,可逆反应A(s)+ B(g) 2C(g);△H<0,平衡常数为K。其它条件不变时,温度升高,平衡常数K______
①已知:Zn(s)+CuSO4(aq)==ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216 kJ·mol-1,则E反应物
②由A、B两金属作电极,硫酸溶液作电解质溶液,形成原电池,电流由A极经外电路流向B极,则金属活泼性A
③镀层破损后铁的腐蚀速度比较:镀锌铁管
(2)用增大、减小或不变填写下列空格:
④以石墨为电极电解Na2SO4溶液时,电解过程中阳极区溶液的pH
⑤某温度下,可逆反应A(s)+ B(g) 2C(g);△H<0,平衡常数为K。其它条件不变时,温度升高,平衡常数K
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