精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
8.甲醇可作为燃料电池的原料.CH4和H2O为原料,通过下列反应反应来制备甲醇.
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:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77kJ•mol-1
(2)将1.OmolCH4和2.0molH2O(g)通入容积为100L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0.003 mol•L-1•min-1
②100℃时反应I的平衡常数为2.25×10-4
(3)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将amolCO与3amolH2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$\frac{1}{2}$,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O.(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)写出甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池正极的电极反应式:Co2+-e-=Co3+
(5)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Co2+-e-=Co3+
②写出除去甲醇的离子方程式6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+

分析 (1)已知,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可得:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g),反应热也进行相应计算;
(2)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(mol):1.0      2.0      0        0
变化(mol):0.5      0.5      0.5      1.5
平衡(mol):0.5      1.5      0.5      1.5
①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算H2表示该反应的平均反应速率;
②根据K=$\frac{c(CO)×{c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c({H}_{2}O)}$计算;
(3)平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$,其他条件不变,体积减小压强增大,正、逆反应速率增大,正反应速率增大更多,平衡正向进行,平衡常数只受温度影响,与浓度无关,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;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根与水;
(5)①阳极发生氧化反应,Co2+失去电子生成Co3+
②Co3+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+,配平书写离子方程式.

解答 解:(1)已知,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可得:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77kJ•mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77kJ•mol-1
(2)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(mol):1.0     2.0       0        0
变化(mol):0.5     0.5       0.5      1.5
平衡(mol):0.5     1.5       0.5      1.5
①H2表示该反应的平均反应速率为=$\frac{\frac{1.5mol}{100mL}}{5min}$=0.003 mol•L-1•min-1
故答案为:0.003 mol•L-1•min-1
②平衡浓度为c(CH4)=0.005mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,平衡常数K=$\frac{c(CO)×{c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.005×0.01{5}^{3}}{0.005×0.015}$=2.25×10-4
故答案为:2.25×10-4
(3)平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$,其他条件不变,体积减小压强增大,平衡正向进行.
A.生成物浓度增大,结合平衡常数不变,可知c(H2)增大,故A错误;
B.压强增大,正、逆反应速率都加快,但正反应速率增大更多,故B错误;
C.平衡正向进行,CH3OH的物质的量增加,故C正确;
D.平衡正向进行,氢气物质的量减小,甲醇物质的量增大,故重新平衡时$\frac{c({H}_{2})}{c(C{H}_{3}OH)}$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,
故选:CD;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根与水,负极电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O;
(5)①阳极发生氧化反应,Co2+失去电子生成Co3+,电极反应式为:Co2+-e-=Co3+
故答案为:Co2+-e-=Co3+
②Co3+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 本题属于拼合型题目,涉及热化学方程式书写、化学平衡图象、化学平衡影响因素、平衡常数与反应速率计算、原电池等,是对学生综合能力的考查,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:解答题

18.已知:2CH2=CH2+O2 $→_{加热、加压}^{催化剂}$2CH3CHO,以乙烯、空气、水为原料在一定条件下能实现如图所示的转化.

(1)物质C俗称酒精,其结构简式为CH3CH2OH;
(2)写出由A→B的化学方程式2CH2=CH2+O2 $→_{加热、加压}^{催化剂}$2CH3CHO;
(3)写出由B+C→乙酸乙酯的化学方程式CH3COOH+CH3CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$CH3COOCH2CH3+H2O,该反应是酯化或取代反应.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.某苛性钾样品中含有不与酸反应的杂质,为了测定苛性钾的纯度,取样品0.56g溶于水制成1L溶液.取此溶液25.00mL,用0.005mol/LH2SO4标准液滴定,用去24mL标准液.则苛性钾的纯度为(  )
A.96%B.48%C.9.6%D.56%

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

16.分别由C、H、O三种元素组成的有机物A、B、C互为同分异构体,它们分子中C、H、O元素的质量比为15:2:8,其中化合物A的质谱图如图1.

A是直链结构,其核磁共振氢谱有三组峰,且峰面积之比为1:1:2,它能够发生银镜反应.B为五元环酯.C的红外光谱表明其分子中存在甲基.其它物质的转化关系如图2:
(1)I的分子式是:C5H8O4.I分子中的官能团名称是:羧基.
(2)D和H的结构简式分别是:CH3CH(OH)CH2CH2COOH、OHCCH2CH2CH2COOH.
(3)写出下列反应方程式(有机物用结构简式表示):D→CHOOCCH2CH2CH(OH)CH3$→_{△}^{浓硫酸}$HOOCCH2CH=CHCH3+H2O;H→G2HOOCCH2CH2CH2CH2OH+O2$→_{△}^{Cu}$2HOOCCH2CH2CH2CHO+2H2O.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.下列有关物质的性质或应用说法正确的是(  )
A.碳酸钠用于治疗胃溃疡病人的胃酸过多症
B.金属钠具有强的还原性,可利用钠和TiCl4溶液反应制取金属Ti
C.糖类、油脂、蛋白质在一定条件下均可以水解
D.硅酸钠水溶液呈碱性,可以用来制硅酸

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.两个体积相同的容器,一个盛有NO,另一个盛有N2和O2,在同温同压下两容器内的气体一定有相同的(  )
A.原子数B.密度C.质子数D.质量

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.${\;}_{17}^{37}$Cl、${\;}_{17}^{35}$Cl为不同的核素,下列说法正确的是(  )
A.${\;}_{17}^{37}$Cl2的摩尔质量是74
B.${\;}_{17}^{37}$Cl、${\;}_{17}^{35}$Cl互为同位素,${\;}_{17}^{35}$Cl2与Cl2互为同分异构体
C.通常情况下,氯气做氧化剂,但氯气也具有还原性
D.能使湿润的淀粉KI试纸变蓝色的物质一定是Cl2

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.下列物质的电子式中,书写正确的是(  )
A.B.C.D.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

18.下列离子组能在溶液中大量共存的是(  )
A.Fe2+、H+、Na+、NO3-B.SiO32-、K+、Br-、H+
C.NH4+、Cl-、Mg2+、SO42-D.Na+、OH-、NH4+、I-

查看答案和解析>>

同步练习册答案