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【題目】甲醇是一種易揮發(fā)的液體,它是一種重要的化工原料,也是一種清潔能源。

(1)已知:①CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) ΔH=-128.1 kJ·mol-1

②2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1

③H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1

④2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1

寫出表示CH3OH燃燒熱的熱化學方程式:________________________________。

(2)不同溫度下,將1.0 molCH4和2.4molH2O(g)通入容積為10 L的恒容密閉容器中發(fā)生如下反應: CH4(g)+ H2O(g) CO(g) + 3H2(g),測得體系中H2O的體積百分含量隨著時間的變化情況如下圖所示:

①T1____T2(填“>”“<”或“=”,下同),其對應的平衡常數(shù)K1____K2。

②溫度T2下,從反應開始到2min時,ν(H2O)=___________

③T1溫度時,若已知到達平衡是H2O(g)的體積百分含量為40%,則該溫度下上述反應的平衡常數(shù)K=____________。(保留兩位小數(shù)點)

(3)科學家用氮化鎵組成如圖所示的人工光合系統(tǒng),利用該裝置成功地以CO2和H2O為原料合成了CH4。銅電極表面的電極反應式為__________________________。

(4)已知CO可與I2O5反應:5 CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)。將甲醇不完全燃燒產生的500mL(標準狀況)氣體用足量的I2O5處理后,將所得的I2準確地配成100mL碘的酒精溶液。再取25.00mL該溶液加入淀粉溶液作指示劑后用0.0100mol·L-1 Na2S2O3標準溶液滴定,消耗標準溶液20.00mL(氣體樣品中其它成分與I2O5不反應;2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6)。

①滴定終點時溶液顏色變化為____________________________。

②氣體樣品中CO的體積分數(shù)為________________

【答案】 CH3OH(l)+ 3/2O2(g)= CO2(g)+H2O(l)ΔH=-726.5 kJ·mol-1 0.04mol·L-1·min-1 0.04 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 藍色褪為無色 8.96%

【解析】試題分析:本題考查蓋斯定律的應用,圖像分析,化學反應速率和化學平衡常數(shù)的計算,電極反應式的書寫,氧化還原反應的滴定實驗。

(1)應用蓋斯定律,將②+④-①,CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=(-571.6kJ/mol)+(-566.0kJ/mol)-(-128.1kJ/mol)=-726.5kJ/mol,CH3OH燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.5kJ/mol。

(2)①根據(jù)圖示,T2時達到平衡所需時間小于T1其他條件相同時升高溫度反應速率加快,則T1T2。T2平衡時體系中H2O(g)的體積百分含量小于T1時,升高溫度平衡向正反應方向移動,正反應為吸熱反應,則對應的平衡常數(shù)K1K2。

根據(jù)圖像,溫度T2,2min時體系中H2O(g)的體積百分含量為32%,設從開始到2min時轉化H2O(g)物質的量濃度為x,用三段式

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

c(起始)(mol/L) 0.1 0.24 0 0

c(轉化)(mol/L) x x x 3x

c(2min末)(mol/L)0.1-x 0.24-x x 3x

=32%,解得x=0.08mol/L,從反應開始到2min時υ(H2O)==0.04mol/(L·min)。

③T1溫度時,設從開始到平衡轉化CH4物質的量濃度為y,用三段式

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

c(起始)(mol/L) 0.1 0.24 0 0

c(轉化)(mol/L) y y y 3y

c(平衡)(mol/L) 0.1-y 0.24-y y 3y

平衡時H2O(g)的體積百分含量為40%,則=40%,解得y=0.058mol/L,平衡時CH4、H2O(g)、CO、H2物質的量濃度依次為0.042mol/L、0.182mol/L、0.058mol/L、0.174mol/L,該溫度下反應的平衡常數(shù)K===0.04。

(3)根據(jù)圖示在Cu電極表面CO2得到電子被還原成CH4,1molCO2得到8mol電子被還原成1molCH4,Cu電極表面的電極反應式為CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。

(4)①碘的酒精溶液中加入淀粉溶液,溶液變藍,用Na2S2O3滴定到終點,I2被完全消耗,滴定終時溶液顏色的變化為:藍色褪為無色。

根據(jù)方程式5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)和2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6,寫出關系式5CO~I2~2Na2S2O3,500mL氣體樣品中含CO物質的量為0.0100mol/L0.02L=0.002mol,標準狀況下V(CO)=0.002mol22.4L/mol=0.0448L=44.8mL,氣體樣品中CO的體積分數(shù)為100%=8.96%。

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回答下列問題:

(1)為達到上述實驗目的,所選用的儀器的正確連接方式是_____ (填序號)。

a. A→ D → C → F → B → F →E b. A→ C → D → F → B → F →E

c. A→ F → C → D → F → B →E d. A→ F → D → C → F → B →E

(2)確定還原產物中有NO2的現(xiàn)象是______________________________,實驗中兩次使用裝置F,第二次使用裝置F的作用是____________________________________。

(3)實驗前需先打開開關K,向裝置內通CO2氣體,其目的是____________,當_______________時停止通入CO2。

(4)實驗過程中,發(fā)現(xiàn)在D中產生預期現(xiàn)象的同時,C中溶液顏色慢慢褪去,試寫出C中反應的離子方程式____________________________________________________。

(5)在A中反應開始時,某同學馬上點燃B處的酒精燈,實驗結束后通過測定發(fā)現(xiàn)B處的產品純度不高,原因是______________________________________(用化學方程式回答)。

(6)驗證B處有氮化鎂生成的方法是_______________。

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