练习册

  • 练习册
  • 试题
    精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
    甲醇是基础有机化工原料和新型清洁燃料，广泛用于制造各种燃料电池．工业上以甲烷和水蒸气为原料制备甲醇，反应过程如下．
    精英家教网
    反应Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H1
    反应Ⅱ：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2 （△H2＜0=
    （1）图1是反应Ⅰ进行过程中的能量变化示意图．根据图象判断，升高温度，反应I的平衡常数将
     
     （填“增大”、“减小”或“不变”）．
    （2）已知在催化剂和一定压强下，反应Ⅱ能自发进行．在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律．
    图2是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是
     
    ；该温度下上述反应的化学平衡常数为
     
    ．
    （3）图3甲是一种甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇提供质子和电子，电子经外电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH+3O2
      △  
    .
     
    2CO2+4H2O．
    ①M电极的电极反应式为
     
    ．
    ②以上述电池做电源，用图3乙所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现Al电极附近逐渐变浑浊并有气泡逸出，原因是（用离子方程式表示）：
     
    ．Al电极应接燃料电池的
     
    （填“M”或“N”）极．
    （4）合成甲醇时可选用CuCl为催化剂．CuCl是不溶于水的白色固体，制备时向CuCl2溶液中加入过量铜粉，发生反应CuCl2+Cu═2CuCl．在实验过程中应先加入浓盐酸，发生反应CuCl+HCl?H[CuCl2]．反应结束后将溶液倒入蒸馏水中有CuCl生成．实验过程中加入浓盐酸的目的是
     
    ．当c（Cl-）=2×10-3mol?L-1时，c（Cu+）=
     
     mol?L-1．已知：Ksp（CuCl）=1.7×10-7．
    分析：（1）对于吸热反应，温度越高，化学反应的K越大；
    （2）合成甲醇的反应是放热反应，温度升高，转化率降低；根据平衡常数表达式和一氧化碳的转化率求算；
    （3）在燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，正极是氧气发生得电子的还原反应，阳离子从负极流向正极；根据电解池的工作原理和双水解原理知识来回答；
    （4）根据浓盐酸发生的反应结合平衡移动原理来解释，根据CuCl的Ksp=c（Cu+）?c（Cl-）来计算回答．
    解答：解：（1）根据图一知道，反应物的能量低于生成物的能量，所以该反应是吸热的，温度越高，K越大，故答案为：增大；
    （2）根据反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-116kJ?mol-1，是放热反应，温度越高，转化率越低，所以曲线Z对应的温度是270℃，
    故答案是：270℃；
      ②该反应的平衡常数K=
    c(CH3OH)
    c(CO)?c2(H2)
    ，a点时，CO转化率50%，反应消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氢气2mol，剩余1molCO，n（H2）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，a点各组分的浓度是：c（CH3OH）=
    1mol
    2L
    =0.5mol/L，c（CO）=
    1mol
    2L
    =0.5mol/L，0.5mol/L，c（H2）=
    1mol
    2L
    =0.5mol/L，代入表达式得：K=
    0.5mol?L-1
    0.5mol?L-1×(0.5mol?L-1)2
    =4L2?mol-2，
    故答案是：270℃；4L2?mol-2；
    （3）①在燃料电池中，氢离子从负极流向正极，所以M电极是负极，N电极是正极，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，即：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，
    故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；
    ②在电解池中，金属铝为阳极，和电源的正极相接，燃料电池的正极是通氧气的电极，即和N极相连，Al极发生电极反应：Al-3e-=Al3+，铝离子会和碳酸氢根离子之间发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，即Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑，溶液逐渐变浑浊，故答案为：Al+3HCO3--3e-=Al（OH）3↓+3CO2↑；N；
    （4）制备CuCl时，向CuCl2溶液中加入过量铜粉，发生反应CuCl2+Cu═2CuCl，在实验过程中应先加入浓盐酸，发生反应CuCl+HCl?H[CuCl2]，由此可见加入浓盐酸可以促使平衡正向移动，这样可以防止CuCl固体覆盖在Cu表面，影响反应的进行，CuCl的Ksp=c（Cu+）?c（Cl-），当
    Ksp
    c(Cl-)
    =
    1.7×10-7
    2×10-3
    8.5×10-5mol/L，故答案为：促使平衡正向移动，防止CuCl固体覆盖在Cu表面，影响反应的进行；8.5×10-5．
    点评：本题涉及电化学、热化学以及化学反应速率和平衡的综合知识的考查，注意知识的归纳和整理是关键，难度较大．
    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
    高一 高一免费课程推荐！ 初一 初一免费课程推荐！
    高二 高二免费课程推荐！ 初二 初二免费课程推荐！
    高三 高三免费课程推荐！ 初三 初三免费课程推荐！
    相关习题

    科目：高中化学 来源：模拟题 题型：填空题

    甲醇是基础有机化工原料和新型清洁燃料，广泛用于制造各种燃料电池。工业上以甲烷和水蒸气为原料制备甲醇，反应过程如下。
    反应Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1
    反应Ⅱ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2
    (1)如图是反应1进行过程中的能量变化示意图。根据图象判断，升高温度，反应I的平衡常数将____________ （填“增大”、“减小”或“不变”）。反应I的逆反应的活化能为___________（用含E1、E2的表达式表示）
    (2)已知在催化剂和一定压强下，反应?能自发进行。若保持容器容积不变，下列措施可增加该反应中CO转化率的是___________（填字母）。
    A．适当降低温度
    B．将甲醇从反应体系中分离出来
    C．充入He，使体系总压强增大
    D．按原比例再充入CO和H2
    (3)一种甲醇燃料电池以多孔石墨为电极，一极通入甲醇蒸气，另一极通入氧气，电解质溶液为4L 1 moI/L的KOH溶液。当有3 mol甲醇放电时，电解质溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序为_________________
    (4)下图甲是一种甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇提供质子和电子，电子经外电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。
    ①M电极的电极反应式为______________________________。
    ②以上述电池做电源，用乙图所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现Al电极附近逐渐变浑浊并有气泡逸出，原因是（用离子方程式表示）：______________。Al电极应接燃料电池的___________（填“M”或“N”）极。

    查看答案和解析>>

    同步练习册答案