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甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料.精英家教网
Ⅰ.工业上一般以CO和H2为原料在密闭容器中合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol
(1)在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律.如图1是上述三 种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质 的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系,则曲线X对应的 温度是
 
图中a点对应的平衡常数K=
 

(2)某温度下,将1mol CO和3mol H2充入1L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时 c(CO)=0.1mol/L.若保持温度和体积不变,将起始物质的物质的量改为a mol CO、b mol H2,c mol CH3OH,欲使开始时该反应向逆反应方向进行,c的取值范围是
 

Ⅱ.图2是甲醇燃料电池工作的示意图,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极.工作一段时间后,断开K,此时A,B两极上产生的气体体积相同.
(3)甲中负极的电极反应式为
 

(4)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为
 
..
(5)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图3,则图中②线表示的是
 
离子的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要
 
 mL 5.0moL/L NaOH 溶液.
分析:(1)正反应放热,则升高温度CO的转化率降低;计算出平衡时各物质的浓度,结合K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
计算;
(2)计算出平衡时CH3OH(g)的物质的量,c大于此值平衡向逆反应进行,按化学计量数转化到左边,得到1mol CO时c的值最大,据此计算解答;
(3)通入甲醇的一极为原电池的负极,发生氧化反应,甲醇在碱性条件下被氧化生成碳酸根离子;
(4)工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同,分析电极反应,B为阴极,溶液中铜离子析出,氢离子得到电子生成氢气;A电极为阳极,溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气;阳极电极反应和电子守恒计算得到;
(5)C电极为阳极,D电极为阴极,根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子,而根据丙的成分可知溶液中只有两种金属阳离子,说明在电解过程中还有Cu2+生成,因此C电极是Cu做阳极,D电极是石墨做阴极,根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化确定曲线对应的离子,结合转移电子的物质的量计算.
解答:解:(1))根据该反应为放热反应,温度越高CO的转化率越小,所以曲线X为230℃,由图象可知当270℃、CO的转化率为50%时,n(H2):n(CO)=1.5,则
             CO(g)+2H2(g)?CH3OH (g)
起始(mol/L) 1       1.5      0
转化(mol/L) 0.5     1        0.5
平衡(mol/L) 0.5     0.5      0.5
K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
=
0.5
0.5×0.52
=4.00,
故答案为:X;4.00;
(2)某温度下,将1mol CO和3mol H2充入1L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时 c(CO)=0.1mol/L,则平衡时CH3OH的物质的量为0.9mol/L×1L=0.9mol,所以c>0.9mol平衡向逆反应进行,按化学计量数转化到左边,得到1mol CO时c的值最大,所以c最大为1mol.所以0.9<c<≤1,
故答案为:0.9<c<≤1;
(3)甲醇燃料电池是原电池反应,甲醇在负极失电子发生氧化反应,电极反应为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;
(4)工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同,分析电极反应,B为阴极,溶液中铜离子析出,氢离子得到电子生成氢气,设生成气体物质的量为X,溶液中铜离子物质的量为0.1mol,电极反应为:
   Cu2++2e-=Cu,
0.1mol 0.2mol
2H++2e-=H2↑,
 2x     x
A电极为阳极,溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应为:
4OH--4e-=2H2O+O2↑,
4x           x
得到0.2+2x=4x,
x=0.1mol
乙中A极析出的气体是氧气物质的量为0.1mol,在标准状况下的体积为2.24L,
故答案为:2.24L;
(5)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化,可知,铜离子从无增多,铁离子物质的量减小,亚铁离子增加,①为Fe3+,②为Fe2+,③为Cu2+
依据(2)计算得到电子转移为0.2mol,当电子转移为0.2mol时,丙中阳极电极反应Cu-2e-=Cu2+,生成Cu2+物质的量为0.1mol,图象分析每个单位为0.05mol,阴极电极反应Fe3++e-=Fe2+,溶液中有Fe3+ 0.2mol,Fe2+ 0.3mol,Cu2+为0.1mol,所以需要加入NaOH溶液1.4mol,所以NaOH溶液等体积为
1.4mol
5mol/L
=0.28L=280ml,
故答案为:Fe2+;280.
点评:本题综合性较大,涉及化学反应自发性判断、化学平衡常数、化学平衡影响因素、等效平衡计算以及电化学知识等,(2)注意等效思想的运用以及运用极限方法确定c的取值范围,为高考常见题型,难度较大.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

生物质资源是一种污染小的可再生能源.生物质的主要转化途径及主要产物如图.
(1)由生物质能获得的CO和H2,可以合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质.当两者1:1催化反应,其原子利用率达100%,合成的物质可能是
cd
cd

a.汽油    b.甲醇      c.甲醛     d.乙酸
(2)甲醇是一种重要的化工原料,工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ?mol-1.
若在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
反应物投入量 1molCO、2molH2 1mol CH3OH 2molCO、4molH2
CH3OH的浓度(mol/L) c1 c2 c3
反应的能量变化 放出Q1 kJ 吸收Q2 kJ 放出Q3 kJ
平衡常数 K1 K2 K3
反应物转化率 α 1 α 2 α 3
下列说法正确的是
ac
ac

a.c1=c2      b.2Q1=Q3         c.K1=K3      d.α23<100%
(3)在一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚的反应为:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)
①若一体积可变的密闭容器中充入3mol H2、3mol CO、1mol CH3OCH3、1mol CO2,经一定时间达到平衡,并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍.则:反应开始时:v(正)>v(逆)的理由是:
反应前后气体总质量不变,同温、同压下,达到平衡时,气体密度增大,即气体体积缩小,平衡正移
反应前后气体总质量不变,同温、同压下,达到平衡时,气体密度增大,即气体体积缩小,平衡正移

平衡时,n(CH3OCH3)=
1.75
1.75
mol.
②右图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.b电极是
极(填“正”或“负”);a电极的反应式为
(CH32O-12e-+3H2O=2CO2+12H+
(CH32O-12e-+3H2O=2CO2+12H+

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科目:高中化学 来源: 题型:

[化学选修2一化学与技术]
2013年1月9日以来,全国中东部地区陷入严重的雾霾污染空气中,中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警.雾霾空气中含有较多的粒径2.5微米至10微米的颗粒物.治理雾霾空气是化学工作者的重要工作.
(1)下列哪些措施可以有效治理雾霾空气
 

A、戴口罩远离烟雾B、合理开发水电、太阳能、风能等清洁能源C、种植绿色植物,提高森林覆盖率D、进行人工降雨,减少颗粒漂浮物.
(2)设法把煤转化为中热值气是煤的综合利用途径之一,中热值气的成分是
 
,其主要用途有
 
 
(答两种).
(3)把燃料设计成燃料电池可提高燃料的燃烧效率.以CO为燃料制作燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入CO,电解质是熔融碳酸钠,工作时负极反应式为
 
,若使用该电池电解熔融Al2O3,制取10.8g Al,则理论上需要氧气的体积为 (标准状况下)
 
L
(4)甲醇是一种重要的化工原料和燃料,工业生产甲醇的常用方法是:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol
已知:2H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-571.6KJ/mol
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0KJ/mol
CH3OH(g)=CH3OH(l)△H=-37.3KJ/mol
计算液体CH30H的燃烧热为
 

(5)二甲醚(CH3OCH3)可由合成气(CO和H2)在一定条件下制得.用合成气制二甲醚时,还产生了一种可参与大气循环的、常温为液态的氧化物,写出该反应的化学方程式
 

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科目:高中化学 来源:2011届浙江省杭州市高三第二次质检(理综)化学部分 题型:填空题

(15分)生物质资源是一种污染小的可再生能源。生物质的主要转化途径及主要产物如下图。

(1)下列有关说法正确的是                                                
a.生物质能,本质上能量来源于太阳能
b.由纤维素水解获得的乙醇作燃料是利用了生物质能
c.生物质裂解获得的汽油、柴油等属于纯净物
d.由植物秸杆等厌氧发酵获得的沼气,主要成分是甲烷
(2)由生物质能获得的CO和H2,可以合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质。当两者1∶1催化反应,其原子利用率达100%,合成的物质可能是                                       
a.汽油         b.甲醇              c.甲醛              d.乙酸
(3)甲醇是一种重要的化工原料,工业上合成甲醇的反应:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H= -90.8kJ·mol-1
若在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:

容器



反应物投入量
1molCO 、2molH2
1mol CH3OH
2molCO、4molH2
CH3OH的浓度(mol/L)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出Q1 kJ
吸收Q2 kJ
放出Q3 kJ
平衡常数
K1
K2
K3
反应物转化率
α1
α 2
α3
下列说法正确的是               
a. c1=c2      b. 2Q1=Q3         c. K1=K3      d. α2+ α3 100%
(4)在一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚的反应为:
3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)
①若一体积可变的密闭容器中充入3 mol H2、3 mol CO、1 mol CH3OCH3、1 mol CO2,经一定时间达到平衡,并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍。则:①反应开始时正、逆反应速率的大小:v(正)____v(逆)(填“ >”、“ < ”或“=”),理由是                                                 
                          。平衡时n(CH3OCH3)=         mol。
②下图为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。

b电极是    极;a电极的反应式为                      

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科目:高中化学 来源:2010-2011学年浙江省杭州市高三第二次质检(理综)化学部分 题型:填空题

(15分)生物质资源是一种污染小的可再生能源。生物质的主要转化途径及主要产物如下图。

(1)下列有关说法正确的是                                                 

a.生物质能,本质上能量来源于太阳能

b.由纤维素水解获得的乙醇作燃料是利用了生物质能

c.生物质裂解获得的汽油、柴油等属于纯净物

d.由植物秸杆等厌氧发酵获得的沼气,主要成分是甲烷

(2)由生物质能获得的CO和H2,可以合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质。当两者1∶1催化反应,其原子利用率达100%,合成的物质可能是                                       

a.汽油          b.甲醇              c.甲醛              d.乙酸

(3)甲醇是一种重要的化工原料,工业上合成甲醇的反应:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H= -90.8kJ·mol-1

若在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:

容器

反应物投入量

1molCO 、2molH2

1mol CH3OH

2molCO、4molH2

CH3OH的浓度(mol/L)

c1

c2

c3

反应的能量变化

放出Q1 kJ

吸收Q2 kJ

放出Q3 kJ

平衡常数

K1

K2

K3

反应物转化率

α 1

α 2

α 3

下列说法正确的是               

a. c1 = c2      b. 2Q1 = Q3         c. K1=K3      d. α2+ α3  100%

(4)在一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚的反应为:

3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)

①若一体积可变的密闭容器中充入3 mol H2、3 mol CO、1 mol CH3OCH3、1 mol CO2,经一定时间达到平衡,并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍。则:①反应开始时正、逆反应速率的大小:v(正)____v(逆)(填“ >”、“ < ”或“=”),理由是                                                 

                           。平衡时n(CH3OCH3)=          mol。

②下图为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。

   b电极是     极;a电极的反应式为                      

 

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