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5.甲醇是重要的化工原料.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-99kJ.mol-1
②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ.mol-1
③CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)△H3
回答下列问题:
(1)写出CO2的结构式O=C=O
(2)由上述数据计算出△H3=+41kJ.mol-1
(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,温度T1、T2对反应的影响,下列正确的是③④(填序号)
①温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率为:v(CH3OH)=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$ mol/(L•min)
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③当生成1mol甲醇的同时,生成1molCO2,说明反应达到平衡n
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)与n(CH3OH)比值增大
(4)在T1温度时,将2molCO2和6molH2充入体积为2L的密闭恒容器中,充分反应达到平衡后,若CO2转化率为50%,则容器内的压强与起始压强之比为3:4;该温度条件下,反应平衡常数为0.15(计算出结果)
(5)在直接以甲醇为燃料电池中,电解质溶液为硫酸性,负极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+

分析 (1)二氧化碳中C原子和O原子间为双键;
(2)根据盖斯定律可知,将②-①可得反应③;
(3)根据图象中甲醇的变化来计算反应速率,并利用图象中时间与速率的关系来分析T1、T2,再利用影响平衡的因素来分析解答;
(4)根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量,再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答;K=$\frac{生成物平衡浓度}{反应物平衡浓度}$;
(5)负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应生成二氧化碳.

解答 解:(1)二氧化碳中C原子和O原子间为双键,故二氧化碳的结构式为O=C=O,故答案为:O=C=O;
(2)已知反应:①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-99kJ.mol-1
②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ.mol-1
根据盖斯定律可知,将②-①可得反应③,故△H3=(-58kJ.mol-1)-(-99kJ.mol-1)=+41KJ/mol,
故答案为:+41;
(3)根据题给图象分析可知,T2先达到平衡则T2>T1,由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1,又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少,则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,则T1时的平衡常数比T2时的大;
①v(CH3OH)=$\frac{{n}_{A}}{\frac{2L}{{t}_{A}}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min,故①错误;
②正反应为放热反应,根据题给图象分析可知,T2先达到平衡则T2>T1,升高温度,平衡向逆反应方向移动,该反应在T1时的平衡常数比T2时的大,故②错误;
③当生成1mol甲醇的同时,必然消耗1mol二氧化碳,而此时再生成1molCO2,说明反应达到平衡,故③正确;
④处于A点的反应体系从T1变到T2,升高温度,平衡向逆反应方向移动,达到平衡时,氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小,故$\frac{n({H}_{2})}{n(C{H}_{3}OH)}$增大,故④正确;
故答案为:③④;
(4)由化学平衡的三段模式法计算可知,容器体积为2L,
                       CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol/L)     1             3             0                    0
变化(mol/L)  1×50%        1.5          0.5                 0.5
平衡(mol/L)   0.5           1.5             0.5                0.5
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比,
则容器内的压强与起始压强之比=$\frac{0.5+1.5+0.5+0.5}{1+3}$=$\frac{3}{4}$,
平衡常数K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1.{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$=0.15
故答案为:$\frac{3}{4}$;0.15;
(5)酸性条件下,负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
故答案为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+

点评 本题综合性较强,考查知识点较多,注重了对高考热点的考查,学生应熟悉盖斯定律、热化学反应方程式、反应速率、化学平衡、原电池、图象分析判断等重要知识来解答,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:选择题

6.下列各组离子在指定的溶液中一定能大量共存的是(  )
A.漂白粉的水溶液中:Fe2+、K+、Ca2+、Br-
B.pH=0的溶液中:Cu2+、Cl-、SO${\;}_{4}^{2-}$、Na+
C.含大量NO3-的溶液:Fe3+、Al3+、SO32-、H+
D.能够与金属Al常温下反应放出气体的溶液:HCO${\;}_{3}^{-}$、Na+、Ca2+、Cl-

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.下列对相应有机物的描述完全正确的是(  )
①甲烷:天然气的主要成分,能发生取代反应  
②乙烯:其产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志,可以发生加成反应 
③苯:平面结构,每个分子中含有3个碳碳双键 
④乙醇:可以用金属钠检验乙醇中是否含有水 
⑤淀粉:属于糖类物质,遇碘元素变蓝色
⑥蛋白质:可通过烧焦的特殊气味进行鉴别,水解的最终产物为氨基酸.
A.①②③B.②④⑥C.①⑤⑥D.①②⑥

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.下列离子在指定溶液中可能大量共存的是(  )
A.中性溶液中:Fe3+、Cl-、Na+、SO42-
B.pH=1的溶液中:NO3-、K+、CO32-、Br-
C.紫色石蕊呈蓝色的溶液中:S2-、Na+、SO32-、I-
D.焰色反应为黄色的溶液中:CH3COO-、NH4+、AlO2-、Ba2+

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

11.1H${\;}_{2}^{16}$O、2H${\;}_{2}^{17}$O、3H${\;}_{2}^{18}$O、1H35Cl、2H37Cl五种分子中共存在3种元素,8种原子.

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科目:高中化学 来源: 题型:推断题

10.(1)我国某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3,还含有SiO2等杂质)、煤矿、石灰石和黏土.拟在该地区建设大型炼铁厂.

①随着铁矿的开发和炼铁厂的建立,需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等,形成规模的工业体系.据此确定图1中相应工厂的名称:
A.发电厂,B.焦化厂,C.炼铁厂,D.水泥厂;
②以赤铁矿为原料,写出高炉炼铁中得到生铁和产生炉渣的化学方程式:
Fe2O3+3CO $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe+3CO2
CaCO3+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO3+CO2↑.
(2)玻璃钢可由酚醛树脂和玻璃纤维制成.
①酚醛树脂由酚醛和甲醛缩聚而成,反应有大量热放出,为防止温度过高,应向有苯酚的反应釜间歇性地加入甲醛,且反应釜应装有散热装置.
②玻璃钢中玻璃纤维的作用是增强体.玻璃钢具有轻度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性能好等优异性能(写出两点即可).
③下列处理废旧热固性酚醛塑料的做法合理的是bc.
a.深埋         b.粉碎后用作树脂填料
c.用作燃料        d.用有机溶剂将其溶解,回收树脂
(3)工业上主要采用氨氧化法生产硝酸,如图2是氨氧化率与氨-空气混合气中氧氨比的关系.其中直线表示反应的理论值;曲线表示生产实际情况.当氨氧化率达到100%,理论上r[n(O2)/n(NH3)]=1.25,实际生产要将r值维持在1.7~2.2之间,原因是O2太少不利于NH3的转化,r值为2.2时NH3氧化率已近100%.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

17.50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液在下图所示的装置中进行中和反应.通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热.
回答下列问题:
(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃用品是环形玻璃搅拌棒.
(2)烧杯间填满碎纸条的作用是减少实验过程中的热量损失.
(3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值将偏小(填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
(4)实验中改用60mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,与上述实验相比较,所放出的热量不相等(填“相等”或“不相等”),但中和热应相等(填“相等”或“不相等”),简述理由因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1molH2O所放出的热量,与酸碱的用量无关.

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科目:高中化学 来源: 题型:推断题

14.有A、B、C、D四种元素,最高正价依次为1、4、5、7,其核电荷数按B、C、D、A顺序增大.已知B的次外层电子数为2,C、D、A原子次外层电子数均为8,C、D原子的电子层数相同,A原子的核外电子数不超过20,回答:(用元素符号或化学式回答)
(1)A为K,B为C,C为P,D为Cl.
(2)原子半径由小到大的顺序为:K>P>Cl>C.
(3)C所在的主族元素的氢化物沸点最高的是:NH3
(4)B的最高价氧化物的为:CO2
(5)现有200ml 1mol/L的A的最高价氧化物的水化物的水溶液,吸收3.36L(标况)B的最高价氧化物,得到的产物及其物质的量是:n(K2CO3)=0.05mol,n(KHCO3)=0.1mol.

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科目:高中化学 来源: 题型:多选题

15.用标准盐酸溶液滴定未知浓度的氢氧化钠溶液,使得所测氢氧化钠溶液的浓度偏高的错误操作是(  )
A.中和滴定达中点时俯视滴定管内液面度数
B.碱式滴定管用蒸馏水洗净后立即装待测溶液来滴定
C.酸式滴定管用蒸馏水洗净后立即装标准溶液来滴定
D.把配好的标准溶液倒入刚用蒸馏水洗净的锥形瓶中然后用来滴定

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同步练习册答案