【題目】甲醇不僅是重要的化工原料,而且還是性能優(yōu)良的能源和車用燃料。

Ⅰ.甲醇水蒸氣重整制氫是電動汽車氫氧燃料電池理想的氫源,生產(chǎn)過程中同時(shí)也產(chǎn)生COCO會損壞燃料電池的交換膜。相關(guān)反應(yīng)如下:

反應(yīng)①CH3OH(g) + H2O(g)CO2(g) + 3H2(g) H1

反應(yīng)②H2(g)+CO2(g)CO(g) + H2O(g) H2=+41kJ/mol

如圖表示恒壓容器中0.5mol CH3OH(g)0.5mol H2O(g)轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)的能量變化。

(1)計(jì)算反應(yīng)①的△H1= ________。

(2)反應(yīng)①能夠自發(fā)進(jìn)行的原因是________。升溫有利于提高CH3OH轉(zhuǎn)化率,但也存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是 _________。

(3)恒溫恒容下,向密閉容器中通入體積比為1:1H2CO2,能判斷反應(yīng)CH3OH(g) + H2O(g)CO2(g) + 3H2(g)處于平衡狀態(tài)的是____________。

A.體系內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

B.體系內(nèi)氣體密度保持不變

C.CO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變

D.斷裂3mol H-H鍵的同時(shí)斷裂3mol H-O

(4)250℃,一定壓強(qiáng)和催化劑條件下,1.00mol CH3OH 1.32mol H2O充分反應(yīng),平衡測得H22.70molCO 0.030mol,則反應(yīng)①中CH3OH的轉(zhuǎn)化率_________,反應(yīng)②的平衡常數(shù)是 _________(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。

Ⅱ.如圖是甲醇燃料電池工作示意圖:

(5)當(dāng)內(nèi)電路轉(zhuǎn)移1.5molCO32-時(shí),消耗甲醇的質(zhì)量是_________g。

(6)正極的電極反應(yīng)式為 _______

【答案】+49kJ/mol 該反應(yīng)為熵增加的反應(yīng),熵增效應(yīng)大于能量效應(yīng) CO含量增高,會破壞該電池的交換膜 ACD 91% 5.6×10-3 16g O2+2CO2+4e-=2CO32-

【解析】

1)由圖可知,0.5mol CH3OHg)和0.5mol H2Og)轉(zhuǎn)化率達(dá)80%0.4mol時(shí)吸收能量23kJ-3.4kJ=19.6kJ,計(jì)算1molCH3OHg)和H2Og)轉(zhuǎn)化的能量可得;

2)根據(jù)熵變分析;升溫有利于提高CH3OH轉(zhuǎn)化率,促進(jìn)CO的生成,破壞電池交換膜;

3)根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)特征:正逆反應(yīng)速率相等,各組分含量保持不變分析;

4)根據(jù)題意,衡時(shí)測得H22.70mol,CO0.030mol,說明反應(yīng)②生成的H2Og)為0.03mol,消耗CO2g)為0.03mol,參與反應(yīng)②的H22.73mol,由反應(yīng)①生成,則反應(yīng)①生成CO2g)為0.91mol,反應(yīng)中的CO2g)為0.88mol,根據(jù)反應(yīng)①生成H22.73mol,生成CO2g)為0.91mol,則參與反應(yīng)的 CH3OH0.91mol,H2Og)為0.91mol,故裝置中CH3OH0.09mol,H2Og)為1.32mol-0.91mol+0.03mol=0.44mol,H22.70mol,CO0.030mol,CO2g)為0.88mol,結(jié)合轉(zhuǎn)化率=變化量除以起始量和反應(yīng)②的K= 計(jì)算;

5)甲醇燃料電池甲醇為負(fù)極,電極反應(yīng)為:2CH3OH-12e-+6CO32-=8CO2+4H2O,據(jù)此計(jì)算;

6)正極為氧氣發(fā)生氧化反應(yīng),結(jié)合電解質(zhì)可得。

(1)由圖可知,0.5mol CH3OH(g)0.5mol H2O(g)轉(zhuǎn)化率達(dá)80%0.4mol時(shí)吸收能量23kJ-3.4kJ=19.6kJ,則1molCH3OH(g)H2O(g)轉(zhuǎn)化的能量=49kJ,故反應(yīng)①的△H1=+49kJ/mol;

(2)反應(yīng)①的△H0,但熵增加△S0,根據(jù)△G=H-TS0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行可知當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí),該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行,即該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行是由于熵增效應(yīng)大于能量效應(yīng);升溫有利于提高CH3OH轉(zhuǎn)化率,促進(jìn)CO的生成,提高CO的產(chǎn)量,但CO會破壞該電池的交換膜;

(3)A.該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不同,平衡移動過程中壓強(qiáng)會發(fā)生變化,所以體系內(nèi)壓強(qiáng)保持不變時(shí)說明反應(yīng)達(dá)到平衡,故A正確;

B.體系內(nèi)混合氣體總質(zhì)量保持不變,恒容體積不變,氣體密度始終保持不變,不能判斷化學(xué)平衡,故B錯(cuò)誤;

C.反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各組分含量保持不變,所以CO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡,故C正確;

D.?dāng)嗔?/span>3mol H-H鍵的同時(shí)斷裂3mol H-O鍵,說明消耗3mol氫氣的同時(shí)消耗1mol甲醇和1mol水,說明正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達(dá)到平衡,故D正確;

綜上所述選ACD;

(4)根據(jù)題意,衡時(shí)測得H22.70mol,CO0.030mol,說明反應(yīng)②生成的H2O(g)0.03mol,消耗CO20.03mol,則反應(yīng)①生成的H22.73mol,則反應(yīng)①生成CO20.91mol,平衡時(shí)的CO20.88mol;反應(yīng)①生成H22.73mol,生成CO20.91mol,則轉(zhuǎn)化的 CH3OH0.91mol,H2O0.91mol,故平衡時(shí)CH3OH0.09mol,H2O1.32mol-0.91mol+0.03mol=0.44molH22.70mol,CO0.030mol,CO20.88mol,所以甲醇的轉(zhuǎn)化率為=91%;反應(yīng)②為前后氣體系數(shù)之和相等的可逆反應(yīng),所以計(jì)算平衡常數(shù)時(shí)可用物質(zhì)的量代替濃度,所以平衡常數(shù)K==5.6×10-3;

(5)甲醇燃料電池甲醇為負(fù)極,電極反應(yīng)為:2CH3OH-12e-+6CO32-=8CO2+4H2O,當(dāng)內(nèi)電路轉(zhuǎn)移1.5mol CO32-時(shí),消耗甲醇為0.5mol,故消甲醇的質(zhì)量是0.5mol×32g/mol=16g

(6)通入氧氣的一極為正極,結(jié)合負(fù)極產(chǎn)生的二氧化碳生成碳酸根,電極方程式為O2+2CO2+4e-=2CO32-。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】在容積一定的密閉容器中,置入一定量的NO(g)和足量C(s),發(fā)生反應(yīng)C(s)2NO(g) CO2(g)N2(g),平衡狀態(tài)時(shí)NO(g)的物質(zhì)的量濃度[NO]與溫度T的關(guān)系如圖所示。則下列說法中正確的是(  )

A. 該反應(yīng)的ΔH>0

B. 若該反應(yīng)在T1、T2時(shí)的平衡常數(shù)分別為K1、K2,則K1<K2

C. T2時(shí),若反應(yīng)體系處于狀態(tài)D,則此時(shí)一定有v<v

D. T3時(shí),若混合氣體的密度不再變化,則可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】科學(xué)家提出由 WO3 催化乙烯和 2-丁烯合成丙烯的反應(yīng)歷程如圖(所有碳原子滿足最外層八電子結(jié)構(gòu))。下列說法不正確的是

A.乙烯、丙烯和 2-丁烯互為同系物

B.乙烯、丙烯和 2-丁烯的沸點(diǎn)依次升高

C.Ⅲ→Ⅳ中加入的 2-丁烯具有反式結(jié)構(gòu)

D.碳、鎢(W)原子間的化學(xué)鍵在Ⅲ→Ⅳ→Ⅰ的過程中未發(fā)生斷裂

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】水合肼(N2H4·H2O)可用作抗氧劑等,工業(yè)上常用尿素[CO(NH2)2]和 NaClO溶液反應(yīng)制備水合肼。

已知:Ⅰ.N2H4·H2O 的結(jié)構(gòu)如圖(…表示氫鍵)。

Ⅱ.N2H4·H2O 沸點(diǎn) 118 ℃,具有強(qiáng)還原性。

1)將 Cl2 通入過量 NaOH 溶液中制備 NaClO,得到溶液 X,離子方程式是__。

2)制備水合肼:將溶液 X 滴入尿素水溶液中,控制一定溫度,裝置如圖 a(夾持及控溫裝置已略)。充分反應(yīng)后,A 中的溶液經(jīng)蒸餾獲得水合肼粗品后,剩余溶液再進(jìn)一步處理還可獲得副產(chǎn)品 NaClNa2CO3·10H2O。

A 中反應(yīng)的化學(xué)方程式是__。

②冷凝管的作用是__。

③若滴加 NaClO 溶液的速度較快時(shí),水合肼的產(chǎn)率會下降,原因是__。

NaClNa2CO3 的溶解度曲線如圖 b。由蒸餾后的剩余溶液獲得 NaCl 粗品的操作是__

3)水合肼在溶液中可發(fā)生類似 NH3·H2O 的電離,呈弱堿性;其分子中與 N 原子相連的 H 原子易發(fā)生取代反應(yīng)。

①水合肼和鹽酸按物質(zhì)的量之比 11 反應(yīng)的離子方程式是__。

②碳酰肼(CH6N4O)是目前去除鍋爐水中氧氣的最先進(jìn)材料,由水合肼與 DEC)發(fā)生取代反應(yīng)制得。碳酰肼的結(jié)構(gòu)簡式是__

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】為了配制的濃度與Cl-的濃度比為1:1的溶液,可在NH4Cl溶液中加入

①適量的HCl ②適量的NaCl ③適量的氨水 ④適量的NaOH

A.①②B.C.③④D.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】常溫下,在20.00 mL 0.1000 mol·L1 NH3·H2O溶液中逐滴滴加0.1000 mol·L1 HCl溶液,溶液pH隨滴入HCl溶液體積的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是

A. ①溶液:c(Cl)>c(NH)>c(OH)>c(H)

B. ②溶液:c(NH)=c(Cl)>c(OH)=c(H)

C. 、③三點(diǎn)所示的溶液中水的電離程度②>>

D. 滴定過程中不可能出現(xiàn):c(NH3·H2O)>c(NH)>c(OH)>c(Cl)>c(H)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】反應(yīng)A2(g)+B2(g)=2AB(g)的能量變化如圖所示,下列敘述正確的是(

A.該反應(yīng)是放熱反應(yīng)

B.由圖可知,1molA2(g)1molB2(g)反應(yīng)生成2molAB(g)放出bkJ熱量

C.由圖可知,1molA2(g)1molB2(g)反應(yīng)生成2molAB(g)吸收bkJ熱量

D.由圖可知,1molA2(g)1molB2(g)反應(yīng)生成2molAB(g)吸收(a-b)kJ熱量

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】某化學(xué)興趣小組的同學(xué)用如圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)閉合該裝置的開關(guān)時(shí),觀察到電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

請回答下列問題:

(1)甲池為_____(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”),通入CH3OH電極的電極反應(yīng)式為_________________________

(2)乙池中C(石墨)電極的名稱為____(填“正極”“負(fù)極”或“陰極”“陽極”),總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________

(3)當(dāng)乙池中D極質(zhì)量增加5.4g時(shí),甲池中理論上消耗O2的體積為_____mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為__________

(4)丙池中_____(填“E”或“F)極析出銅。

(5)若丙中電極不變,將其溶液換成NaCl溶液,開關(guān)閉合一段時(shí)間后,丙中溶液的pH_____(填“增大”“減小”或“不變”)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】NCl3是一種黃色粘稠狀液體,常用干殺菌消毒,工業(yè)上通過情性電極電解氯化銨和鹽酸的方法制備NCl3,其原理如圖所示。下列說法正確的是

A.b極區(qū)產(chǎn)生的氣體是H2

B.a極的電極反應(yīng)式為NH4+-6e-+ 4OH-+3Cl-=NCl3+4H2O

C.溶液中的Cl-移向a極區(qū)

D.若將陰離子交換膜改為陽離子交換膜,NH4Cl的利用率不變

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