【題目】201859日科技網(wǎng)報(bào)道,最新一期國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》介紹了我國(guó)科學(xué)家曾杰團(tuán)隊(duì)的成果:在含鉑高效催化劑作用下把二氧化碳高效轉(zhuǎn)化清潔液態(tài)燃料——甲醇。

(1)甲醇燃燒時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)(a、b、c、d均大于0):

2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) H1=-akJ·mol-1

2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) H2=-bkJ·mol-1

CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) H3=-ckJ·mol-1

CH3OH(1)+O22(g)=CO (g)+2H2O(1) H4=-dkJ·mol-1

由此知,a、b、c、d由小到大排序?yàn)?/span>_______。

(2)工業(yè)上,通常采用氫氣還原CO2法制備甲醇CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(1) H

已知幾種化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下:

共價(jià)鍵

C=O

H-H

C-O

C-H

H-O

鍵能/kJ·mol-1

803

436

326

414

464

根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)估算上述反應(yīng)中H=____________kJ·mol-1。

(3)在2L恒容密閉容器中充入2 mol CO26.5mlH2,在一定溫度下反應(yīng),測(cè)得混合氣體中c(CH3OH)與時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。

M點(diǎn)CO2的正反應(yīng)速率___________N點(diǎn)CO2的逆反應(yīng)速率(選填大于”“小于等于”)。

0~10min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=___________mol·L-1·min-1。

③在該溫度下,該反應(yīng)平衡常數(shù)K________。(結(jié)果保留兩位小數(shù)并要求帶單位)

(4)在密閉容器中充入一定量CO2H2,在含鉑催化劑作用下反應(yīng),測(cè)得單位時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系如圖2所示。

R點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO2轉(zhuǎn)化率最大,其原因是_________________。

②在Q點(diǎn)時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率突變的原因可能是_________________。

(5)以石墨為電極,甲醇/空氣堿性(KOH溶液為電解質(zhì)溶液)燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率高。當(dāng)KOH恰好完全轉(zhuǎn)化成KHCO3時(shí)停止放電,此時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________。

【答案】 d、c、a、b(或dcab ) -46 大于 0.225 2.25 (Lmin-1)2 R點(diǎn)之前未達(dá)到平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大;R點(diǎn)為平衡點(diǎn),該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),R點(diǎn)之后,升溫平衡向左移動(dòng),轉(zhuǎn)化降低 Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度使催化劑失去活性(或該溫度下催化劑的選擇性降低) CH3OH-6e-+7OH-=HCO3-+5H2O

【解析】(1)根據(jù)產(chǎn)物、狀態(tài)、化學(xué)計(jì)量數(shù)判斷,液態(tài)變氣態(tài)時(shí)要吸收熱量,放出熱量分析判斷;

(2)根據(jù)反應(yīng)熱等于斷裂化學(xué)鍵的總鍵能與形成化學(xué)鍵的總鍵能之差計(jì)算;

(3)①根據(jù)M點(diǎn)未達(dá)到平衡,向正方向進(jìn)行;N點(diǎn)達(dá)到平衡,正、逆反應(yīng)速率相等分析判斷;②根據(jù)υ(H2)=計(jì)算;③利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)四種物質(zhì)的濃度,再根據(jù)K計(jì)算;

(4)①分析R點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最大,可以從兩個(gè)角度一是平衡前,溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率,其實(shí)與速率相關(guān)。二是平衡后,升溫,平衡移動(dòng);②從催化劑活性角度解釋Q點(diǎn)轉(zhuǎn)化率突變;

(5)負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng),氧化產(chǎn)物為KHCO3,據(jù)此書寫負(fù)極的電極反應(yīng)式。

(1)2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) H1=-akJ·mol-1;2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) H2=-bkJ·mol-1;CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) H3=-ckJ·mol-1;CH3OH(1)+O22(g)=CO (g)+2H2O(1) H4=-dkJ·mol-1;根據(jù)產(chǎn)物、狀態(tài)、化學(xué)計(jì)量數(shù)判斷,液態(tài)變氣態(tài)時(shí)要吸收熱量,放出熱量:②④,故dcab,故答案為:d<c<a<b;

(2)反應(yīng)熱等于斷裂化學(xué)鍵的總鍵能與形成化學(xué)鍵的總鍵能之差。ΔH=(803×2+436×3-326-414×3-464-464×2)kJ·mol-1=-46 kJ·mol-1,故答案為:-46;

(3)M點(diǎn)未達(dá)到平衡,向正方向進(jìn)行,正反應(yīng)速率減小;N點(diǎn)達(dá)到平衡,正、逆反應(yīng)速率相等,所以,M點(diǎn)正反應(yīng)速率大于N點(diǎn)逆反應(yīng)速率,故答案為:大于;

υ(H2)=mol·L-1min-1=0.225 mol·L-1min-1,故答案為:0.225;

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

起始濃度(mol/L) 1 3.25 0 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡濃度(mol/L) 0.25 1.00 0.75 0.75

K(Lmin-1)2=2.25 (Lmin-1)2,故答案為:2.25 (Lmin1)2;

(4)①單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率與速率有關(guān)。分析R點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最大,從兩個(gè)角度考慮:一是平衡前,溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率,其實(shí)與速率相關(guān)。二是平衡后,升溫,平衡移動(dòng)。即R點(diǎn)之前未達(dá)到平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大;R點(diǎn)為平衡點(diǎn),該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升溫平衡向左移動(dòng),轉(zhuǎn)化降低,故答案為:R點(diǎn)之前未達(dá)到平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大;R點(diǎn)為平衡點(diǎn),該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),R點(diǎn)之后,升溫平衡向左移動(dòng),轉(zhuǎn)化降低;

②從催化劑活性角度解釋Q點(diǎn)轉(zhuǎn)化率突變。即Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度使催化劑失去活性(或該溫度下催化劑的選擇性降低),故答案為:Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度使催化劑失去活性(或該溫度下催化劑的選擇性降低);

(5)負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng),氧化產(chǎn)物為KHCO3。故負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e+7OH=HCO3+5H2O,故答案為:CH3OH-6e+7OH=HCO3+5H2O。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(1)基態(tài)鎳原子的價(jià)電子排布式為___________________

(2)1 mol CH2=CH-CH2OH含__________molσ鍵,烯丙醇分子中碳原子的雜化類型為_____________。

(3)丙醛(CHCH2CHO)的沸點(diǎn)為49℃,丙烯醇(CH2=CHCH2OH)的沸點(diǎn)為91℃,二者相對(duì)分子質(zhì)量相等,沸點(diǎn)相差較大的主要原因是_______________________________。

(4)羰基鎳[Ni(CO)4)用于制備高純度鎳粉,它的熔點(diǎn)為-25℃,沸點(diǎn)為43℃。羰基鎳晶體類型是_________________。

(5)Ni2+能形成多種配離子,如[Ni(NH3)6]2+、[Ni(CN)2]2-和[Ni(SCN)2]-等。NH3的空間構(gòu)型是_____________,與SCN-互為等電子體的分子為____________。

(6)“NiO”晶胞如圖所示。

①氧化鎳晶胞中原子坐標(biāo)參數(shù):A(0,0,0)、B(1,1,0),則C原子坐標(biāo)參數(shù)為____________。

②已知:氧化鎳晶胞密度為dg·cm-3,NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值,則Ni2+半徑為__________nm(用代數(shù)式表示)。

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B. 上述反應(yīng)中,每生成1 mol AlN需轉(zhuǎn)移3 mol電子

C. AlN中氮的化合價(jià)為+3

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