2019高考化學(xué)大二輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)大題專攻練(四)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(選考).doc
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(四)基本理論綜合應(yīng)用 1.中國首臺(tái)靜默移動(dòng)發(fā)電站MFC30已正式問世,MFC30是基于甲醇重整制氫燃料電池的發(fā)電技術(shù)。 (1)甲醇制氫方式主要有以下三種: 反應(yīng)Ⅰ:甲醇水蒸氣重整制氫:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1=+49.4 kJmol-1 反應(yīng)Ⅱ:甲醇分解制氫:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2=+90.6 kJmol-1 反應(yīng)Ⅲ:氣態(tài)甲醇氧化重整制氫同時(shí)生成二氧化碳和氫氣。 ①已知CO的燃燒熱為283.0 kJmol-1,則反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為________________________________________________________________________。 ②這三種制氫方式中,等量的甲醇產(chǎn)生氫氣最多的是反應(yīng)________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 (2)實(shí)驗(yàn)室模擬反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫,合成氣組成n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶1時(shí),體系中甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。 ①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為________。 ②當(dāng)溫度為250 ℃、壓強(qiáng)為p2時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為________。 ③圖中的壓強(qiáng)由小到大的順序是________________________________________________________________________。 (3)MFC30燃料電池是以氫為燃料,Li2CO3與K2CO3混合的碳酸鹽為電解質(zhì)的高溫型燃料電池,其負(fù)極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________, 正極上通入的氣體為____________。 解析:(1)已知三個(gè)反應(yīng)①反應(yīng)ⅠCH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1=+49.4 kJmol-1,②反應(yīng)ⅡCH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2=+90.6 kJmol-1,③CO的燃燒熱為283.0 kJmol-1,CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0 kJmol-1,由蓋斯定律②+③得反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CH3OH(g)+1/2O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.4 kJmol-1;1 mol 甲醇產(chǎn)生氫氣分別為3 mol、2 mol、2 mol,最多的是反應(yīng)Ⅰ。 (2)①反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1=+49.4 kJmol-1,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。 ②CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) 起始/mol 1 1 0 0 反應(yīng)/mol 0.82 0.82 0.82 30.82 平衡/mol 0.18 0.18 0.82 2.46 反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為2.46/(0.18+0.18+0.82+2.46)≈0.676。③由方程式CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g),相同溫度時(shí),減小壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),CH3OH轉(zhuǎn)化率增大,由圖可知從p3到p1壓強(qiáng)減小,圖中的壓強(qiáng)由小到大的順序是p1<p2<p3。(3)燃料電池中通入燃料的電極是負(fù)極,通入氧化劑的電極是正極,負(fù)極是H2作還原劑,H2-2e-+CO===H2O+CO2,正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子,電極反應(yīng)式為O2+2CO2-4e-===2CO,故正極要不斷通入O2(或空氣)、CO2。 答案:(1)①CH3OH(g)+1/2O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.4 kJmol-1 ②Ⅰ (2)①K= ②67.6%(或0.676或0.68) ③p1<p2<p3 (3)H2-2e-+CO===H2O+CO2 O2(或空氣)、CO2 2.合理利用或轉(zhuǎn)化NO2、SO2、CO、NO等污染性氣體是人們共同關(guān)注的課題。 Ⅰ.某化學(xué)課外小組查閱資料后得知:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步: ①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正=k1正c2(NO),v1逆=k1逆c(N2O2) ΔH1<0 ②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) v2正=k2正c(N2O2)c(O2),v2逆=k2逆c2(NO2) ΔH2<0 請(qǐng)回答下列問題: (1)反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=________(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。一定溫度下,反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài),寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示平衡常數(shù)的表達(dá)式K=________。 (2)決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反應(yīng)速率的是反應(yīng)②,反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1________E2(填“>”“<”或“=”)。 Ⅱ.(3)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g),在一定條件下N2O4與NO2的消耗速率與自身壓強(qiáng)有如下關(guān)系:v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2)。其中k1、k2是與溫度有關(guān)的常數(shù)。一定溫度下,相應(yīng)的速率與壓強(qiáng)關(guān)系如圖所示,在圖中標(biāo)出的點(diǎn)中,能表示該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的兩個(gè)點(diǎn)是____________________,理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在25 ℃時(shí),將a molL-1的氨水溶液與0.02 molL-1 HCl溶液等體積混合后溶液恰好呈中性(忽略溶液混合后體積的變化),用含a的表達(dá)式表示25 ℃時(shí)NH3H2O的電離常數(shù)Kb=____。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%,密度為0.93 gcm-3的氨水,配制200 mL a molL-1的氨水溶液,所需原氨水的體積V=________ mL。 (5)如圖電解裝置可將霧霾中的NO、SO2分別轉(zhuǎn)化為NH和SO。物質(zhì)A的化學(xué)式為______________________,陰極的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________。 解析:Ⅰ.(1)①2NO(g)N2O2(g);②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g),而目標(biāo)反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=①+②=ΔH1+ΔH2,由K=,結(jié)合v正、v逆的定義,可得K=。(2)因?yàn)闆Q定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)②,所以反應(yīng)①的活化能E1遠(yuǎn)小于反應(yīng)②的活化能E2。Ⅱ.(3)滿足平衡條件v(NO2)=2v(N2O4)即為平衡點(diǎn),B、D點(diǎn)的壓強(qiáng)之比等于其反應(yīng)速率之比為1∶2,所以B、D為平衡點(diǎn)。(4)反應(yīng)后溶液中c(NH)=c(Cl-)=0.01 molL-1,c(NH3H2O)= molL-1-c(NH)= molL-1,c(OH-)=10-7 molL-1,則Kb===(210-9)/(a-0.02);設(shè)氨水的體積為V mL,則根據(jù)稀釋定律可知:V0.93 gcm-317%=17 gmol-1a molL-10.2 L,解得V≈21.5a mL。(5)NO得電子生成銨根離子,離子方程式為NO+5e-+6H+===NH+H2O,為陰極反應(yīng),陽極上SO2失電子形成硫酸。 答案:(1)ΔH1+ΔH2 (2)< (3)B、D 圖中只有D點(diǎn)的NO2的消耗速率是B點(diǎn)N2O4的消耗速率的2倍,所以表示達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的點(diǎn)是B、D (4)或 21.5a或或 (5)H2SO4 NO+6H++5e-===NH+H2O 3.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求不斷提高,CO2的捕集利用技術(shù)成為研究的重點(diǎn)。 Ⅰ.工業(yè)上使用的捕碳劑有NH3和(NH4)2CO3,它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應(yīng): NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH1 2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH2 (NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3 則ΔH3=________(用含ΔH1、ΔH2的表達(dá)式表示)。 Ⅱ.目前國際空間站處理CO2的一個(gè)重要方法是將CO2還原,所涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),已知:H2的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而增加。 (1)該反應(yīng)的ΔS________0(填“>”“=”或“<”),該反應(yīng)的ΔH________0(填“>”或“<”)。 (2)在恒容密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO2和H2并發(fā)生上述反應(yīng),溫度T下,CO2物質(zhì)的量濃度c(CO2)隨時(shí)間t變化的曲線如圖所示。下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。 A.體系壓強(qiáng)保持不變 B.混合氣體密度保持不變 C.甲烷和水蒸氣的物質(zhì)的量之比保持不變 D.H2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變 (3)溫度T下,反應(yīng)前20 s的平均速率v(H2)=________(用含a、b的代數(shù)式表示)。 (4)溫度T下,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________(用含a、b的代數(shù)式表示)。 (5)若降低溫度,反應(yīng)重新達(dá)到平衡,則v(正)________;CO2轉(zhuǎn)化率________(填“增大”“減小”或“不變”)。 Ⅲ.工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用電解法使K2CO3溶液再生,其裝置示意圖如下: (1)在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括__________________________和H++HCO===CO2↑+H2O。 (2)簡述CO在陰極區(qū)再生的原理:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:Ⅰ.根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)3=2反應(yīng)1-反應(yīng)2,所以ΔH3=2ΔH1-ΔH2。 Ⅱ.(1)這是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng),所以反應(yīng)熵變?chǔ)<0。因?yàn)闇囟壬邥r(shí),平衡體系H2的體積分?jǐn)?shù)增大,即平衡逆向移動(dòng),所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0。(2)A.反應(yīng)正向進(jìn)行時(shí),氣體物質(zhì)的量減小,反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí),氣體物質(zhì)的量增大。當(dāng)容器體積不變時(shí),二者都會(huì)導(dǎo)致體系壓強(qiáng)改變,所以體系壓強(qiáng)不變的狀態(tài)一定是化學(xué)平衡狀態(tài),A正確。由于反應(yīng)進(jìn)行過程中氣體的質(zhì)量始終保持不變,容器體積不變時(shí),混合氣體密度始終不變,所以混合氣體密度不變時(shí)不一定是化學(xué)平衡狀態(tài),B錯(cuò)誤。反應(yīng)開始時(shí)只有CO2和H2,所以生成的CH4與H2O物質(zhì)的量之比始終為1∶2,則CH4與H2O物質(zhì)的量之比保持不變時(shí)不一定是化學(xué)平衡狀態(tài),C錯(cuò)誤。反應(yīng)正向進(jìn)行時(shí)H2質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小,反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)H2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,所以H2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變時(shí),一定是該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài),D正確。(3)前20 s Δc(CO2)=(a-b) molL-1,則v(CO2)=,v(H2)=4= molL-1s-1。(4)平衡建立過程中,反應(yīng)消耗CO2(a-b) molL-1,則參加反應(yīng)的H2為4(a-b) molL-1,生成CH4:(a-b) molL-1、H2O:2(a-b) molL-1,所以反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),CO2:b molL-1,H2:[a-4(a-b)] molL-1=(4b-3a) molL-1,CH4:(a-b) molL-1,H2O:2(a-b) molL-1,K=。(5)溫度降低時(shí),化學(xué)反應(yīng)速率減小,重新建立平衡后,v(正)也減小。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),降低溫度后平衡正向移動(dòng),所以CO2的轉(zhuǎn)化率增大。 Ⅲ.K2CO3溶液吸收CO2生成KHCO3,溶液中存在的離子包括K+、H+、HCO、CO、OH-。 (1)電解時(shí)還原性最強(qiáng)的OH-在陽極放電生成O2,反應(yīng)原理為4OH--4e-===2H2O+O2↑,反應(yīng)的OH-來源于水,所以電解時(shí)陽極產(chǎn)生H+,H++HCO===CO2↑+H2O。(2)陰極區(qū)氧化性最強(qiáng)的H+放電生成H2,H+主要來源于水,所以電解時(shí)陰極產(chǎn)生OH-,OH-+HCO===H2O+CO,使CO得到再生。 答案:Ⅰ.2ΔH1-ΔH2 Ⅱ.(1)<?。肌?2)A、D (3) molL-1s-1 (4) (5)減小 增大 Ⅲ.(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑ (2)陰極H+放電產(chǎn)生H2,OH-濃度變大并與HCO反應(yīng)使CO再生 4.(1)催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,在催化劑Cu/ZnO存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個(gè)反應(yīng),分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下: Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJmol-1 Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 已知:①CO和H2的燃燒熱分別為283.0 kJmol-1和285.8 kJmol-1 ②H2O(l)===H2O(g) ΔH3=+44.0 kJmol-1 反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K=________;反應(yīng)Ⅱ的ΔH2=________ kJmol-1。 (2)某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時(shí),改變某一條件對(duì)反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)平衡的影響,得到如圖1所示關(guān)系,圖中p表示壓強(qiáng),T表示溫度,α表示平衡轉(zhuǎn)化率。若此反應(yīng)在低溫條件下自發(fā)進(jìn)行,則p1________p2(填“>”“<”或“=”)。 (3)常溫下,用0.100 0 molL-1的鹽酸滴定20.00 mL未知濃度的Na2CO3溶液,溶液的pH與所加鹽酸的體積關(guān)系如圖2所示。已知b、d點(diǎn)分別為用酚酞和甲基橙作指示劑的滴定終點(diǎn)。 ①比較b點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)水的電離程度b________d(填“>”“<”或“=”)。 ②寫出滴定過程中c~d段反應(yīng)的離子方程式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③滴定時(shí),加入鹽酸10 mL時(shí),溶液中各粒子濃度的關(guān)系正確的是________。 a.c(Na+)>c(HCO)>c(Cl-)>c(CO)>c(OH-)>c(H+) b.c(Na+)+c(H+)=2c(CO)+c(HCO)+c(OH-) c.c(Na+)=2[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)] d.c(OH-)=c(H+)+c(HCO)-c(CO) (4)乙醛酸(HOOCCHO)是有機(jī)合成的重要中間體。工業(yè)上用“雙極室成對(duì)電解法”生產(chǎn)乙醛酸,原理如圖3所示,該裝置中陰、陽兩極均為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸,其中乙二醛與M電極的產(chǎn)物反應(yīng)生成乙醛酸。 ①N電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 ②若有4 mol H+通過質(zhì)子交換膜,并完全參與了反應(yīng),則該裝置中生成的乙醛酸為________ mol。 解析:(1)根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知,K=。由熱化學(xué)方程式:a.CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0 kJmol-1;b.H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJmol-1;c.H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44 kJmol-1。根據(jù)蓋斯定律,b-a+c即可得反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=-285.8 kJmol-1+283.0 kJmol-1+44 kJmol-1=+41.2 kJmol-1。(2)根據(jù)圖像可知當(dāng)壓強(qiáng)一定時(shí),溫度升高A的轉(zhuǎn)化率降低,結(jié)合勒夏特列原理:溫度升高平衡向吸熱的方向移動(dòng),由此可以推知正反應(yīng)ΔH<0;又因?yàn)樵摲磻?yīng)可以在低溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行,根據(jù)ΔH-TΔS<0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,推出ΔS<0,故a+b>c,根據(jù)勒夏特列原理:當(dāng)溫度一定時(shí),壓強(qiáng)增大平衡向氣體分子總數(shù)減小的方向移動(dòng),可推知壓強(qiáng)增大平衡正向移動(dòng),A的轉(zhuǎn)化率增大,所以p1>p2。(3)①用鹽酸滴定碳酸鈉溶液的過程中,用酚酞作指示劑時(shí)滴定的終點(diǎn)產(chǎn)物為NaHCO3,二者的反應(yīng)比例為1∶1,即圖像中的b點(diǎn),用甲基橙作指示劑時(shí)滴定的終點(diǎn)產(chǎn)物為H2CO3,二者的反應(yīng)比例為2∶1,即圖像中的d點(diǎn),NaHCO3促進(jìn)水的電離,H2CO3抑制水的電離,故水的電離程度:b>d。②滴定過程中b點(diǎn)到d點(diǎn)之間溶液中已經(jīng)沒有Na2CO3,只有NaHCO3,所以只發(fā)生NaHCO3與鹽酸的反應(yīng)。③加入鹽酸10 mL時(shí),溶液中有NaHCO3和NaCl以及剩余的Na2CO3,三者的物質(zhì)的量之比為1∶1∶1,CO的水解程度大于HCO,且二者均為少部分水解,故c(Na+)>c(HCO)>c(Cl-)>c(CO)>c(OH-)>c(H+),a正確;b、c、d三個(gè)選項(xiàng)考查溶液中離子之間的守恒關(guān)系,只有c項(xiàng)正確。(4)①N電極上HOOCCOOH得電子生成HOOCCHO,配平方程式即可。②陰、陽極各生成2 mol乙醛酸,共4 mol。 答案:(1)?。?1.2 (2)> (3)①>?、贖++HCO===CO2↑+H2O或H++HCO===H2CO3?、踑c (4)①HOOCCOOH+2e-+2H+===HOOCCHO+H2O?、? 5.霧霾中含有多種污染物,包括氮氧化物(NOx)、CO、SO2等。它們可以通過化學(xué)反應(yīng)得到一定的消除或轉(zhuǎn)化。 (1)氮硫的氧化物的轉(zhuǎn)化:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH 已知:①NO(g)+O2(g)NO2(g) ΔH1=-56.5 kJmol-1 ②2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH2=-196.6 kJmol-1 則ΔH=________ kJmol-1。 一定條件下,將NO2與SO2以一定比例置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有________。 a.混合氣體的密度不變 b.混合氣體的顏色保持不變 c.SO3和NO的體積比保持不變 d.反應(yīng)速率v(NO2)∶v(SO2)∶v(SO3)∶v(NO)=1∶1∶1∶1 (2)碳氧化物的轉(zhuǎn)化: ①CO可用于合成甲醇,反應(yīng)方程式為CO+2H2CH3OH,在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO和2 mol H2進(jìn)行上述反應(yīng)。測(cè)得CO和CH3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如圖1所示。 則0~4 min內(nèi),氫氣的反應(yīng)速率為__________ molL-1min-1;第4 min后,保持溫度不變,向該密閉容器中再充入1 mol CO和1 mol CH3OH(g),則平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動(dòng)。 ②通過電解CO制備CH4,電解液為碳酸鈉溶液,工作原理如圖2所示,寫出陰極的電極反應(yīng)式________________________________________________________________________。 若以甲醇燃料電池作為電源,則生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12 L CH4需要消耗CH3OH的質(zhì)量為________。 (3)硫氧化物的轉(zhuǎn)化:硫的氧化物與一定量氨氣、空氣反應(yīng),可生成硫酸銨。硫酸銨水溶液呈酸性的原因是____________________(用離子方程式表示);室溫時(shí),向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性,則所得溶液中微粒濃度大小關(guān)系:c(Na+)________(填“>”“<”或“=”)c(NH3H2O)。 解析:(1)根據(jù)蓋斯定律,由(②-①2)可得:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8 kJmol-1。混合氣體的質(zhì)量恒定,在恒容容器中混合氣體的密度保持不變,a項(xiàng)不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);混合氣體的顏色保持不變,說明NO2的濃度不變,b項(xiàng)可以說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);SO3和NO的體積比始終是一定值,c項(xiàng)不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);反應(yīng)速率之比始終等于系數(shù)之比,d項(xiàng)不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。(2)①由題圖1可知,0~4 min內(nèi),CO的濃度減少了0.75 molL-1,則v(CO)==0.187 5 molL-1min-1,根據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比,v(H2)=2v(CO)=0.375 molL-1min-1。第4 min平衡時(shí),c(CO)=0.25 molL-1,c(H2)=0.5 molL-1,c(CH3OH)=0.75 molL-1,故平衡常數(shù)K==12,再充入1 mol CO和1 mol CH3OH(g)后,Qc==5.6,Qc<K,平衡正向移動(dòng)。②由題圖2知,陰極上CO發(fā)生還原反應(yīng)生成CH4,電極反應(yīng)式為CO+6e-+5H2O===6OH-+CH4,根據(jù)陰極反應(yīng)式可知,每生成1 mol CH4轉(zhuǎn)移6 mol電子,甲醇燃料電池的總反應(yīng)為CH3OH+O2===CO2+2H2O,則每消耗1 mol甲醇轉(zhuǎn)移6 mol電子,生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12 L(0.05 mol)甲烷時(shí),電路中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子,消耗n(CH3OH)=0.05 mol,故m(CH3OH)=0.05 mol32 gmol-1=1.6 g。(3)(NH4)2SO4為強(qiáng)酸弱堿鹽,NH水解使溶液顯酸性:NH+H2ONH3H2O+H+。向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性,則c(H+)=c(OH-),根據(jù)電荷守恒可得:c(NH)+c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO),根據(jù)物料守恒得:c(NH)+c(NH3H2O)=2c(SO),聯(lián)立上述各式可得:c(Na+)=c(NH3H2O)。 答案:(1)-41.8 b (2)①0.375 正向?、贑O+6e-+5H2O===6OH-+CH4 1.6 g (3)NH+H2O NH3H2O+H+?。? 6.研究和深度開發(fā)二氧化碳的應(yīng)用對(duì)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義。 CO2與H2在一定條件下反應(yīng)可合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)CH2===CH2(g)+4H2O(g) ΔH1 已知:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=-480 kJmol-1 CH2===CH2(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1 400 kJmol-1 (1)ΔH1=________。 (2)科學(xué)家用氮化鎵與銅組裝成如圖1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(yīng)式為________________________________________________________________________; 為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率,可向裝置中加入少量________(填“鹽酸”或“硫酸”)。 (3)①CO2和H2充入一定體積的恒容密閉容器中,在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖2所示。 該反應(yīng)的ΔH________(填“>”或“<”)0,曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ________(填“>”“=”或“<”)KⅡ。 ②一定溫度下,在容積相同且固定的兩個(gè)密閉容器中,按如下方式加入反應(yīng)物發(fā)生①中反應(yīng),一段時(shí)間后達(dá)到平衡。 容器 甲 乙 反應(yīng)物 投入量 1 mol CO2、 3 mol H2 a mol CO2、3a mol H2、b mol CH3OH(g)、b mol H2O(g) 若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始的,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等,且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,則b的取值范圍為________。 (4)可用K2CO3溶液吸收化學(xué)反應(yīng)中生成的CO2,常溫下pH=10的K2CO3溶液中水電離的OH-的物質(zhì)的量濃度為________。常溫下,0.1 molL-1 KHCO3溶液的pH>8,則溶液中c(H2CO3)________(填“>”“=”或“<”)c(CO)。 解析:(1)根據(jù)蓋斯定律知,ΔH1=3ΔH2-ΔH3=(-4803+1 400) kJmol-1=-40 kJmol-1。(2)在銅電極表面,CO2得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH4:CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O。鹽酸中的Cl-易被氧化,加入硫酸合適。(3)①由題圖2可看出,曲線Ⅱ?qū)?yīng)的反應(yīng)先達(dá)到平衡,相應(yīng)的溫度高。升高溫度時(shí),n(CH3OH)減小,說明平衡逆向移動(dòng),正反應(yīng)是放熱反應(yīng),ΔH<0。降低溫度,平衡正向移動(dòng),平衡常數(shù)KⅠ>KⅡ。②設(shè)甲中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),CH3OH(g)、H2O(g)的物質(zhì)的量均為x,根據(jù)三段式可知:(1-x)+(3-3x)+x+x=(1+3) mol,解得x=0.4 mol,則平衡時(shí)CO2、H2、CH3OH(g)、H2O(g)的物質(zhì)的量分別為0.6 mol、1.8 mol、0.4 mol、0.4 mol。要使甲、乙兩容器中的平衡為等效平衡,則a+b=1;要使起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,則b>0.4,由此可得0.4<b≤1。(4)常溫下pH=10的K2CO3溶液中,c(H+)=110-10 molL-1,c(OH-)=110-4 molL-1,鹽溶液中的OH-是由水電離產(chǎn)生的。KHCO3溶液顯堿性,說明HCO的水解能力大于其電離能力,故c(H2CO3)>c(CO)。 答案:(1)-40 kJmol-1 (2)CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O 硫酸 (3)①< >?、?.4<b≤1 (4)110-4 molL-1 >- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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