【題目】甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料。

(1)已知:

①C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g) ΔH1=-45.5kJ/mol

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.9kJ/mol

③C2H4OH(g) CH3OCH3(g) ΔH3=+50.7kJ/mol

請(qǐng)寫出乙烯和水蒸氣化合生成甲醇?xì)怏w的熱化學(xué)方程式:_____________。

(2)合成甲醇的反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH。相同條件下,向容積相同的a、b、c、d、e五個(gè)密閉容器中分別充入等量的物質(zhì)的量之比為1:2的CO和H2的混合氣體,改變溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)得反應(yīng)進(jìn)行到t min時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)如圖甲所示。

①溫度升高甲醇的體積分?jǐn)?shù)增大的原因是___________;

②根據(jù)圖像判斷ΔH________________(填“>”、“<”或“=”)0。

(3)某研究小組提出將4CH3OH+6NO2+8OH-=3N2+4CO32-+12H2O設(shè)計(jì)成原電池,以實(shí)現(xiàn)污染物的利用,裝置如圖乙所示(圖中電極均為多孔的惰性電極)。

①電極A的名稱是_____________

②寫出原電池電極B的電極反應(yīng)式:___________。

③若用該電池對(duì)鐵制品表面鍍銅,反應(yīng)一段時(shí)間后,鐵制品質(zhì)量增加64g,理論上處理NO2的質(zhì)量為________g。

(4)為了研究甲醇轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)條件,某研究與小組在三個(gè)體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.9KJ/mol。

容器編號(hào)

溫度/℃

起始物質(zhì)的量/mol

平衡物質(zhì)的量/mol

CH3OH(g)

CH3OCH3(g)

H2O(g)

T1

0.20

0.080

0.080

T1

0.40

a

a

T2

0.20

0.090

0.090

①T1溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______;反應(yīng)溫度T1_________T2(填“大于”或“小于”。)

②容器Ⅱ中a=______。

③下列說(shuō)法能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________(填字母)。

A.容器中氣體壓強(qiáng)不再變化

B.用CH3OH 和CH3OCH3表示的反應(yīng)速率之比為2:1

C.混合氣體的密度不變

D.容器內(nèi)CH3OH和CH3OCH3的濃度之比為2:1

E.單位時(shí)間內(nèi)生成2molCH3OH 的同時(shí)生成1mol H2O(g)

【答案】 C2H4(g)+2H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+29.1kJ/mol ac反應(yīng)未達(dá)平衡,溫度越高反應(yīng)速率越快,甲醇的體積分?jǐn)?shù)越大 < 負(fù)極 2NO2+4H2O+8e-=N2+8OH- 23 4 大于 0.160 E

【解析】(1)已知:①C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) ΔH1=-45.5kJ/mol,② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.9kJ/mol,③C2H5OH(g)CH3OCH3(g) ΔH3=+50.7kJ/mol根據(jù)蓋斯定律可知③-②即得到乙烯和水蒸氣化合生成甲醇?xì)怏w的熱化學(xué)方程式為 C2H4(g)+2H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+29.1kJ/mol。(2)①根據(jù)圖像可知ac反應(yīng)未達(dá)平衡,溫度越高反應(yīng)速率越快,因此甲醇的體積分?jǐn)?shù)越大;②根據(jù)圖像可判斷甲醇含量達(dá)到最高后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),繼續(xù)加熱甲醇含量降低,說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,因此ΔH<0。(3)①電極A通入的是甲醇,甲醇失去電子,所以電極的名稱是負(fù)極。②原電池電極B正極,NO2達(dá)到電子轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓娊赓|(zhì)溶液顯堿性,則電極反應(yīng)式為2NO2+4H2O+8e-=N2+8OH-。③若用該電池對(duì)鐵制品表面鍍銅,反應(yīng)一段時(shí)間后,鐵制品質(zhì)量增加64g,即1mol析出。電路轉(zhuǎn)移2mol電子,則根據(jù)電子得失守恒可知理論上消耗2mol÷4=0.5mol,NO2的質(zhì)量為23g。(4)

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始濃度(mol/L) 0.20 0 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 0.160 0.080 0.080

平衡濃度mol/L) 0.040 0.080 0.080

所以T1溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

起始量相同,平衡時(shí)二甲醚是0.090mol,這說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行。由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以反應(yīng)溫度T1大于T2;②容器Ⅰ、Ⅱ中溫度相同,由于反應(yīng)前后體積不變,平衡等效,所以a=0.160。③A.由于反應(yīng)前后體積不變,因此容器中氣體壓強(qiáng)不再變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),A錯(cuò)誤;B.根據(jù)方程式可知CH3OH CH3OCH3表示的反應(yīng)速率之比始終為2:1,不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài),B錯(cuò)誤;C.密度是氣體的質(zhì)量和容器容積的比值,反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量和容積均不變,所以混合氣體的密度不變不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài),C錯(cuò)誤;D.容器內(nèi)CH3OHCH3OCH3的濃度之比為2:1不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,不一定達(dá)到平衡狀態(tài),D錯(cuò)誤;E.單位時(shí)間內(nèi)生成2molCH3OH 的同時(shí)生成1mol H2O(g)表示正逆反應(yīng)速率相等,達(dá)到平衡狀態(tài),E正確,答案選E。

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B. Ksp[Fe(OH)3]< Ksp[Al(OH)3]< Ksp[Fe(OH)2]< Ksp[Mg(OH)2]

C. 向0.1mol/L Al3+、Mg2+、Fe2+混合溶液中,逐滴滴加稀NaOH溶液,Mg2+最先沉淀

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(1)該反應(yīng)為_________熱反應(yīng),原因是_____________________。

(2)下列能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________(填序號(hào))

A.v (H2)=3v(CO2) B.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

C.v(CO2)=v(CH3OH) D.容器內(nèi)氣體密度保持不變

E.CH3OH 中1 mol H—O鍵斷裂的同時(shí)2 mol C=O鍵斷裂

F. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

(3)在體積為1 L的密閉容器中,充入1 molCO2和3 molH2,測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示。從反應(yīng)開(kāi)始到平衡,用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v (H2)=________。 達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)平衡時(shí)與起始時(shí)的壓強(qiáng)比____________。

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池,其負(fù)極的電極反應(yīng)為________________

與鉛蓄電池相比,當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極物質(zhì)時(shí),甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的___________倍(保留小數(shù)點(diǎn)后1位)。

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