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(2013?泰安二模)近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展.
(1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程式为
CH4+H2O
 高温 
.
 
CO+3H2
CH4+H2O
 高温 
.
 
CO+3H2

(2)合成甲醇的一种方法是以CO和H2为原料,其能量变化如图1所示:
由图可知,合成甲醇的热化学方程式为
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(a-b)kJ/mol
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(a-b)kJ/mol

(3)以CO2为原料也可以合成甲醇,其反应原理为:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
①在lL的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在500℃下发生反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时问变化如图2所示:
则下列说法正确的是
BD
BD
(填字母);
A.3min时反应达到平衡
B.0~10min时用H2表示的反应速率为0.225mol?-1?min-1
C.CO2的平衡转化率为25%
D.该温度时化学平衡常数为
16
3
(mol?L-1)-2

②在相同温度、相同容积的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 容器1 容器2 容器3
反应物投入量(始态) 1molCO2、3molH2 0.5molCO2、1.5molH2 1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol?L-1 c1 c2 c3
平衡时体系压强/Pa p1 p2 p3
则下列各量的大小关系为c1
等于
等于
c3,p2
小于
小于
p3(填“大于”、“等于”或“小于”).
(4)近年来,甲醇燃料电池技术获得了新的突破,如图3所示为甲醇燃料电池的装置示意图.电池工作时,分别从b、c充入CH3OH、O2,回答下列问题:
①从d处排出的物质是
,溶液中的质子移向电极
N
N
(填“M”或“N”);
②电极M上发生的电极反应式为
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
分析:(1)根据反应物、生成物和反应条件写出反应方程式;
(2)根据图中反应物和生成物、反应热写出其热化学反应方程式;
(3)①A.反应达到平衡状态时各物质的浓度不再发生变化;
B.根据v=
△c
△t
计算;
C.CO2的平衡转化率=
参加反应的二氧化碳浓度
二氧化碳的初始浓度
×100%

D.该温度时化学平衡常数K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比;
②利用等效平衡进行分析;
(4)①正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,原电池放电时电解质溶液中质子向正极移动;
②电极M甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子.
解答:解:(1)反应物是甲烷和水,生成物是一氧化碳和氢气,用观察法配平,反应条件是高温和催化剂,所以方程式是:CH4+H2O
 高温 
.
 
CO+3H2
故答案为:CH4+H2O
 高温 
.
 
CO+3H2
(2)根据图片知,反应热△H=(a-b)kJ/mol,所以其热化学反应方程式为CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(a-b)kJ/mol,
故答案为:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(a-b)kJ/mol;
(3)①A.3min后各物质的浓度还发生变化,所以3min时该反应未达到平衡,故错误;
B.0~10min时用H2表示的反应速率=(
1-0.25
10
×3)mol/(L.min)
=0.225mol?-1?min-1,故正确;
C.CO2的平衡转化率=
1-0.25
1
×100%=75%,故错误;
D.平衡时c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L,c(H2)=3c(CO2)=0.75mol/L,该温度时化学平衡常数=
0.75×0.75
0.25×(0.75)3
(mol/L)2=
16
3
(mol/L)2,故正确;
故选BD;
②采用一边倒的方法知,容器1和容器3是等效平衡,所以平衡时甲醇的浓度c1 等于c3,容器2相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,则平衡时p2 小于p3
故答案为:等于;小于;
(4)①燃料电池中,负极上投放燃料,正极上投放氧化剂,c电极上投放氧气,氧气得电子和氢离子反应生成水,所以d出来的是水,原电池放电时,氢离子向正极N极移动,故答案为:水;N;
②电极M上发生的电极反应式为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+,故答案为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
点评:本题考查反应方程式、热化学反应方程式、电极反应式的书写和等效平衡等知识点,等效平衡是学习难点,采用一边倒的方法进行分析解答,难度中等.
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已知:浸出液的pH<2,其中的金属离子主要是Mn2+,还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子.有关金属离子形成氢氧化物沉淀时溶液的pH见下表:
离子 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH
Fe2+ 7.6 9.7
Fe3+ 2.7 3.7
Al3+ 3.8 4.7
Mn2+ 8.3 9.8
(1)软锰矿浆中通入含SO2废气后,发生主要反应的化学方程式为
SO2+MnO2=MnSO4
SO2+MnO2=MnSO4

(2)浸出液中加入MnO2粉末的目的是
将Fe2+氧化为Fe3+
将Fe2+氧化为Fe3+
;反应的离子方程式是
2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O
2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O

(3)溶液中加入石灰浆来调节pH,其作用是
使Fe3+Al3+完全沉淀
使Fe3+Al3+完全沉淀
;pH应调节的范围是
4.7≤pH≤8.3
4.7≤pH≤8.3

(4)滤渣的主要成分是
Fe(OH)3、Al(OH)3、CaSO4
Fe(OH)3、Al(OH)3、CaSO4
(用化学式表示).

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