12.甲醇是一種重要的化工原料,在生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用.工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有:
(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
(Ⅱ)2CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1
(1)用CH4和02直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)某溫度下,向4L恒容密閉容器中通人6mol C02和6mol CH4,發(fā)生反應(yīng)(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(yīng)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(yīng)的熱化學(xué)方程式為:此空刪去CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCH3(g)△H2=-29.1kJ•mol-1,科研人員對該反應(yīng)進行了研究,部分研究結(jié)果如圖1、圖2:
①反應(yīng)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(yīng)選擇的壓強是4.0×106Pa (填“3.5×106 Pa““4.O×106 Pa“或“5.0×106 Pa”).
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(yīng)速率影響較小,且反應(yīng)放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低.
(4)直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于其結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注.DMFC的工作原理如圖3所示:
①通入a氣體的電極是電池的(填“正”或“負”)極,其電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
②常溫下,用此電池以惰性電極電解O.5L飽和食鹽水(足量),若兩極共生成氣體1.12L(已折算為標準狀況下的體積),則電解后溶液的pH為13(忽略溶液的體積變化).

分析 (1)根據(jù)蓋斯定律計算書寫熱化學(xué)方程式,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)得到所需熱化學(xué)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,
           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
計算得到x,計算平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度的冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積}$,轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%;
(3)①依據(jù)轉(zhuǎn)化率曲線分析判斷,圖象中轉(zhuǎn)化率變化最大的是4.0×106Pa;
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答,溫度在高于80°C對反應(yīng)速率影響不大,反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度過高,平衡逆向進行,不利于轉(zhuǎn)化率增大;
(4)①根據(jù)圖知,交換膜是質(zhì)子交換膜,則電解質(zhì)溶液呈酸性,根據(jù)氫離子移動方向知,通入a的電極為負極、通入b的電極為正極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng);
②根據(jù)電解池的工作原理和電極方程式來計算,當兩極共收集到標準狀況下的氣體1.12L(0.05mol)時,則生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.05mol.

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(xué)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(yīng)的平衡常數(shù)X=$\frac{{c}^{2}(CO){c}^{2}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})c(C{O}_{2})}$=$\frac{{1}^{2}×{1}^{2}}{1×1}$=1,
CH4的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2}{6}$×100%=33.3%,
故答案為:1;33.3%;
(3)①從反應(yīng)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(yīng)速率影響不大,反應(yīng)是放熱反應(yīng),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(yīng)速率影響較小,且反應(yīng)放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低;
(4)①根據(jù)圖知,交換膜是質(zhì)子交換膜,則電解質(zhì)溶液呈酸性,根據(jù)氫離子移動方向知,通入a的電極為負極、通入b的電極為正極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),負極反應(yīng)式為 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O,
故答案為:負;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;
②用此電池以惰性電極電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)為:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-,當兩極共收集到標準狀況下的氣體1.12L(0.05mol)時,則生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.05mol,所以COH-=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L,所以PH=13,故答案為:13.

點評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、熱化學(xué)方程式的計算書寫、化學(xué)平衡的計算、圖象分析判斷以及電化學(xué)的知識等,注意掌握基礎(chǔ)知識的掌握,題目難度中等.

練習(xí)冊系列答案
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.對儀器的使用和操作,下列說法正確的是(  )
A.容量瓶在使用前一定要檢漏、洗滌并烘干
B.使用膠頭滴管時,特殊情況下也可把滴管插入到溶液中
C.取過程中,不需要打開分液漏斗的玻璃塞,以防止其漏氣
D.蒸餾時,冷卻水從冷凝管最熱一端進入,這樣冷凝效果好

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

3.K2Cr2O7在皮革工業(yè)中有重要的用途,同時也是產(chǎn)生污染的重要原因.鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr2O3,還含有MgO、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì),圖1是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀(K2Cr2O7)的流程圖:

已知:①4FeO•Cr2O3+8Na2CO3+7O2$\stackrel{750℃}{→}$8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑;
②Na2CO3+Al2O3$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO2+CO2↑;   ③Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H+
根據(jù)題意回答下列問題:
(1)固體X中主要含有Fe2O3、MgO(填寫化學(xué)式);要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5,應(yīng)該使用pH計或精密pH試紙(填寫儀器或試劑名稱).
(2)酸化步驟中用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH<5,其目的是使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-
(3)如表是相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù),操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是:Na2Cr2O7+2KCl→K2Cr2O7↓+2NaCl.
物質(zhì)溶解度/(g/100g水)
0°C40°C80°C
KCl2840.151.3
NaCl35.736.438
K2Cr2O74.726.373
Na2Cr2O7163215376
該反應(yīng)在溶液中能發(fā)生的理由是K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小(或四種物質(zhì)中K2Cr2O7的溶解度最。
(4)副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁,還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì),精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是稱取ng樣品,加入過量NaOH溶液(填寫試劑)、溶解、過濾、再通入過量二氧化碳(填寫試劑)、…灼燒、冷卻、稱量,得干燥固體m g.計算樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{m}{n}$(用含m、n的代數(shù)式表示).
(5)用電解法除去含Cr2O72-的酸性廢水方法是:用Fe做電極電解含Cr2O72-的酸性廢水,隨著解進行,在陰極附近溶液pH升高,產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀.用Fe做電極的原因為(結(jié)合電極反應(yīng)解釋,下同)陽極反應(yīng)為Fe-2e-=Fe2+,提供還原劑Fe2+,在陰極附近溶液pH升高的原因是2H++2e-=H2↑,氫離子放電使OH-濃度增大.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

20.化學(xué)實驗中處處表現(xiàn)出顏色變化,下列化學(xué)實驗在的顏色變化不符合實驗事實的是(  )
A.鐵釘放入硫酸銅溶液中,溶液由藍色變?yōu)闇\綠色
B.將空氣中燃著的硫伸入氧氣瓶中,火焰由黃色變?yōu)樗{紫色
C.高溫加熱木炭與氧化銅的混合物,固體由黑色變成紅色
D.往水中加入少量高錳酸鉀,液體由無色變成紫紅色

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

7.由于大量使用一次性塑料方便袋造成的“白色污染”,已成為一個嚴重的社會問題,某化學(xué)研究小組的同學(xué)欲將某種塑料袋的組成進行分析研究(資料顯示該塑料只含C、H兩種元素),他們設(shè)計了如圖所示的實驗裝置,使該塑料試樣在純氧中燃燒,觀察實驗現(xiàn)象,分析有關(guān)數(shù)據(jù),推算元素含量.

(1)儀器A中所發(fā)生的反應(yīng)化學(xué)方程式為2H2O2 $\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H2O+O2↑;
(2)儀器B的作用是干燥氧氣(或吸收水分);
(3)儀器E中的現(xiàn)象是澄清石灰水變渾濁;
(4)若裝置C的玻璃管中放入的塑料試樣質(zhì)量為Wg,塑料試樣充分燃燒后,若儀器D增重ag,則Wg該塑料試樣中含氫元素的質(zhì)量為$\frac{a}{9}$g(寫算式表明結(jié)果).
(5)若裝置中沒有連接儀器B,將使該塑料試樣中氫元素的質(zhì)量測算結(jié)果偏大(填“偏小”、“偏大”、“無影響”中之一).

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17.把標準狀況下總體積為10L的NO2、NH3、N2組成的混合氣體通過足量的硝酸溶液,結(jié)果比溶液的質(zhì)量增加了12.5g,原氣體體積縮小為3.28L,求此混合氣體中各成分分別是多少升?

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4.下表是元素周期表的一部分,請回答有關(guān)問題:

主族
周期
ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0
2
3
4
(1)表中化學(xué)性質(zhì)最不活潑的元素,其原子結(jié)構(gòu)示意圖為
(2)最高價氧化物的水化物堿性最強的物質(zhì)的電子式,化學(xué)鍵有離子鍵、共價鍵
(3)用電子式表示④元素與⑦元素形成化合物的過程
(4)①、②、⑥、⑦四種元素最高價氧化物的水化物酸性最強的是HClO4(填化學(xué)式)
(5)③元素與⑩元素兩者核電荷數(shù)之差是26.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

1.下列各組有機化合物中,肯定屬于同系物的一組是( 。
A.苯酚和苯甲醇B.乙醇和乙二醇C.C4H8與C5H10D.醋酸與硬脂酸

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2.下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)和該性質(zhì)的應(yīng)用均正確的是(  )
A.氧化鋁具有很高的熔點,故可用于制造耐高溫材料
B.常溫下鋁與濃硫酸不發(fā)生反應(yīng),故常溫下可用鋁制容器貯運濃硫酸
C.碳酸鈉可與鹽酸反應(yīng),故常用于治療胃潰瘍病人的胃酸過多癥
D.二氧化硫、潮濕的氯氣均具有漂白性,故兩者混合使用漂白效果會更好

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