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甲醇可作为燃料电池的原料.以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇.
I:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ?mol-1
II:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ?mol-1
(1)CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为
 

(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1.

①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为
 

②100℃时反应I的平衡常数为
 

(3)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇,平衡后将容器的容积压缩到原来的
1
2
,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是
 
(填字母序号).
A.c(H2)减少              B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH 的物质的量增加         D.重新平衡
c(H2)
c(CH3OH)
减小
E.平衡常数K增大
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+
,然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化.实验室用图2装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式
 

②写出除去甲醇的离子方程式
 
考点:热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式;
(2)100℃时达到平衡时,甲烷转化率为50%,结合化学平衡三段式列式计算平衡时各组分的物质的量;
①根据c=
△n
V
△t
计算v(H2);
②计算平衡状态时各物质的浓度,代入平衡常数表达式计算;
(3)其他条件不变,平衡后将容器的容积压缩到原来的
1
2
,压强增大,正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大更多,平衡向正反应方向移动,生成物的浓度增大,由于温度不变,则平衡常数不变,结合平衡常数可知,平衡时反应物各组分的浓度都增大,据此分析解答;
(4)①通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
解答: 解:(1)I:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ?mol-1
II:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,由图象可知100℃甲烷转化率为50%,故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol,则:
              CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0       2.0      0         0
变化量(mol):0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量(mol):0.5       1.5      0.5      1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率=
1.5mol
10L
5min
=0.03 mol?L-1?min-1
故答案为:0.03 mol?L-1?min-1
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.05mol/L,c(H2O)=0.15mol/L,c(CO)=0.05mol/L,c(H2)=0.15mol/L,
平衡常数K=
0.05×0.153
0.05×0.15
=2.25×10-2
故答案为:2.25×10-2
(3)A.平衡后将容器的容积压缩到原来的
1
2
,压强增大,平衡向正反应方向移动,生成物的浓度增大,由于平衡常数不变,结合平衡常数可知,平衡时反应物各组分的浓度都增大,故A错误;
B.压强增大,正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大更多,故B错误;
C.压强增大,平衡向正反应方向移动,CH3OH 的物质的量增加,故C正确;
D.压强增大,平衡向正反应方向移动,氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大,故重新平衡
c(H2)
c(CH3OH)
减小,故D正确;
E.平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故E错误,
故答案为:CD;
(4)①、通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+
故答案为:Co2+-e-=Co3+
②、以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
故答案为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
点评:本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、影响化学平衡因素、平衡常数与反应速率计算、原电池等,掌握基础是解本题的关键,题目难度中等
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:

向50mL NaOH溶液中逐渐通入一定量的CO2(假设溶液体积不变),随后取此溶液10mL,将其稀释至100mL,并向此稀释后的溶液中逐滴加入0.1mol?L-1的盐酸,产生CO2气体的体积(标准状况下)与所加入的盐酸的体积关系如图,下列分析错误的是(  )
A、产生的CO2体积(标准状况下)为0.056L
B、原NaOH溶液的物质的量浓度为0.5mol?L-1
C、OA段所发生反应的离子方程式:H++OH-═H2O;CO32-+H+═HCO3-
D、NaOH在吸收CO2后,所得溶液的溶质为NaOH和Na2CO3,其物质的量浓度之比为1:1

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科目:高中化学 来源: 题型:

某课外活动小组设计了以下实验方案验证Cu与浓硝酸反应的过程中可能产生NO.其实验流程图如图1:

(1)测定硝酸的物质的量
反应结束后,从图2 B装置中所得100mL溶液中取出25.00mL溶液,用0.1mol?L-1的NaOH溶液滴定,用酚酞作指示剂,滴定前后的滴定管中液面的位置如右上图所示.在B容器中生成硝酸的物质的量为
 
mol.
(2)测定NO的体积
①从上图所示的装置中,你认为应选用
 
装置进行Cu与浓硝酸反应实验,选用的理由是
 

②选用上图所示仪器组合一套可用来完成实验并测定生成NO体积的装置,其合理的连接顺序是(填各导管口编号)
 

③在测定NO的体积时,若量筒中水的液面比集气瓶的液面要低,此时应将量筒的位置
 
(“下降”或“升高”),以保证量筒中的液面与集气瓶中的液面持平.
(3)气体成分分析:若实验测得NO的体积为112.0mL(已折算到标准状况),则Cu与浓硝酸反应的过程中
 
(填“有”或“没有”)NO产生,作此判断的依据是
 

(4)实验前,用托盘天平称取的铜片至少应为
 
 g.

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科目:高中化学 来源: 题型:

将4g NaOH溶于
 
g水中,可使溶液中H2O与Na+的物质的量之比等于20:1,此溶液中溶质的质量分数为
 
;若测得该溶液的密度为1.1g/cm3,则该溶液体积为
 
( 保留一位小数),溶液中c(Na+)为
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

二甲醚(CH3OCH3)具有优良的燃烧性能,被称为21世纪的“清洁能”.一步法合成二甲醚以(CO/H2)为原料,在一定温度、压强和催化剂作用下进行,反应器中发生了下列反应:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),△H1=-90kJ?mol-1
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),△H2=-23kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),△H3=-41kJ?mol-1
(1)一步法合成二甲醚的3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
 
,该反应在
 
自发(填“高温”或“低温”).有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3),压强为5.0MPa的条件下由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图1所示.其中CO转化率随温度升高而降低的原因是
 


(2)另一种合成二甲醚的方法称为“二步法”,该工艺为让反应①和反应②分别在不同的反应器中进行,无反应③发生,而“一步法”的反应③的发生提高了CH3OCH3的产率,原因是
 

(3)由CO2加氢直接合成二甲醚可以消除过度CO2排放对环境的影响.当在合成反应器中加入碳氢比
n(CO2)
n(H2)
为1:3的混合,在一定条件下反应得到二甲醚和水蒸气,实现了CO2的减排目的.该反应的反应方程式为
 

(ⅰ)判断该反应在一定温度下,体积恒定的密闭容器中下列不能作为达到化学平衡状态的依据是
 

A.容器的密度不变  
B.容器内压强保持不变
C.平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗2mol CO2,同时消耗1mol二甲醚
(ⅱ)相同温度下,在两个设备中进行上述反应,某时刻设备中各气态物质的浓度及正逆反应速率关系如表:
设备编号c(CO2
/mol?L-1
c(H2
/mol?L-1
c(CH3OCH3
/mol?L-1
c(H2O)
/mol?L-1
v(正)和v(逆)比较
1.0×10-21.0×10-21.0×10-41.0×10-4v(正)=v(逆)
2.0×10-21.0×10-21.0×10-42.0×10-4
判断设备Ⅰ中的反应是否达到平衡状态(填“是”或“否”)
 
,该温度下的平衡常数K=
 
;推测表中空格处v(正)与v(逆)的关系,并写出推测过程)
 

(4)如图2为绿色电“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图,写出以石墨为电极的电池工作时负极电极反应式为
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

雾霾已经严重影响我们的生存环境.火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染.

(1)利用甲烷催化还原NOx
CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ?mol-1
CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ?mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
 

(2)将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线(见图甲),则上述CO2转化为甲醇反应的△H3
 
0(填“>”、“<”或“=”).
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,进行上述反应.测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图乙所示.下列说法正确的是
 
(填字母代号).
A.第10min后,向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2,则再次达到平衡时c(CH3OH)=1.5mol/L
B.达到平衡时,氢气的转化率为0.75
C.0~10分钟内,氢气的平均反应速率为0.075mol/(L?min)
D.该温度下,反应的平衡常数的值为
3
16

E.升高温度将使
n(CH3OH)
n(CO2)
增大
(3)某种脱硫工艺中将烟气经处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥.设烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1:1,则该反应的化学方程式为
 

(4)电化学降解NO
 
-
3
的原理如题图丙所示.
①电源正极为
 
(填“A”或“B”),阴极反应式为
 

②若电解过程中转移了1mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(△m-△m)为
 
g.

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科目:高中化学 来源: 题型:

某中学的化学兴趣小组对SO2与漂白粉的反应进行实验探究,实验过程如下:取10克漂白粉固体,加入250mL水中,部分固体溶解溶液略有颜色,过滤后用洁净的玻璃棒沾取滤液到pH试纸上,发现pH试纸先变蓝(约为12)后褪色.回答下列问题:
(1)工业制取漂白粉的化学方程式是
 

漂白粉在空气中变质的原因
 
(用化学反应方程式说明)
(2)pH试纸颜色的变化说明漂白粉溶液具有的性质是
 
,ClO2和漂白粉一样也具有强氧化性,其消毒效率(以单位物质的量得电子的数目表示)是Cl2
 
倍;
(3)将SO2持续通入漂白粉溶液中,发现澄清透明的溶液先变为黄绿色,随后溶液中产生大量白色沉淀且黄绿色褪去.回答下列问题:
①澄清透明溶液变为黄绿色的可能原因是:随溶液酸性的增强,漂白粉的有效成分和C1-发生反应.通过进一步实验确认了这种可能性,其实验方案是
 

②用离子方程式解释现象中黄绿色褪去的原因:
 

③SO2与漂白粉的有效成分在酸性条件下反应的离子方程式:
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极.将直流电源接通后,F极附近呈红色.请回答:

(1)B极是电源的
 
,一段时间后,甲中溶液颜色逐渐变浅,丁中X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,这表明氢氧化铁胶体粒子带正电荷,在电场作用下向Y极移动.
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为
 

(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应该是
 
(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是
 
溶液.当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500mL),丙中镀件上析出银的质量为
 
,甲中溶液的pH
 
(填“变大”、“变小”或“不变”).
(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生总反应的离子方程式是
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列关于盐类水解的叙述错误的是(  )
A、盐类水解是中和反应的逆反应
B、碳酸钠溶液水解显碱性
C、氯化钠溶液和氯化铵溶液均显中性
D、盐溶液的酸碱性主要决定于形成盐的酸和碱的相对强弱

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