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CO和H2是合成多种有机化合物的重要原料,亦称作合成气.CO和H2反应在不同条件下得到不同的产物:
反应条件 主要产物 生成1mol有机物
△H/kJ?mol-1
Cu-ZnO-Cr2O3-MnO,200~400℃,30~40MPa 甲醇 -128
Ni,250~500℃,常压 甲烷(和水蒸气) -206.2
FeO-Co-Ni,150~350℃,0.1~3MPa 人造石油
Ru,150~250℃,10~100MPa 固态烷烃
ThO-ZnO-Al2O3,400~500℃,10~100MPa 异丁烷、异戊烷
Co-Fe,100~200℃,10~20MPa 含氧有机化合物
Rh原子簇配合物,高压液相 乙二醇
(少量乙酸、乙醇)
现有可以由CO和H2在不同条件下合成的A、C、G三种有机化合物,这三种化合物在上表中都已列出.它们及相关的其他物质有如下的转化关系:
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已知:常温常压下,A、B、D均为气态,E和F是同分异构体,将等质量的D和E分别完全燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量两者都相同.请回答下列问题:
(1)写出D和H的结构简式:D
 
,H
 
;写出由B生成C的反应类型
 

(2)G与过量金属钠反应的化学方程式为
 

(3)F的银镜反应为
 

(4)C可用作燃料电池的燃料,在碱性溶液中此电池负极的电极反应为
 

(5)A与水蒸气在一定条件下反应生成合成气CO和H2,其热化学方程式为(注明催化剂)
 
,为了有利于合成气的生成,压强不采用高压而采用常压的原因是
 
,温度应高于
 
分析:由A在光照条件下与氯气反应,考虑为烃的卤代反应,由转化故选A→B→C
催化氧化
D,A为烃,B为卤代烃,C为醇,D为醛,常温常压下,A、B、D均为气态,故D为HCHO,C为CH3OH,B为CH3Cl,A为CH4;将等质量的D和E分别完全燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量两者都相同,故D、E的最简式相同为CH2O,由CH3OH+CO→E,故E为CH3COOH,E和F是同分异构体,且F能催化加氢生成G,F为HOCH2CHO,G为HOCH2CH2OH,E与G反应生成H(C6H10O4),H中无支链,有2中氢原子,该反应为2分子乙酸与1分子乙二醇发生酯化反应,H为CH3COOCH2CH2OOCCH3
解答:解:由A在光照条件下与氯气反应,考虑为烃的卤代反应,由转化故选A→B→C
催化氧化
D,A为烃,B为卤代烃,C为醇,D为醛,常温常压下,A、B、D均为气态,故D为HCHO,C为CH3OH,B为CH3Cl,A为CH4;将等质量的D和E分别完全燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量两者都相同,故D、E的最简式相同为CH2O,由CH3OH+CO→E,故E为CH3COOH,E和F是同分异构体,且F能催化加氢生成G,F为HOCH2CHO,G为HOCH2CH2OH,E与G反应生成H(C6H10O4),H中无支链,有2中氢原子,该反应为2分子乙酸与1分子乙二醇发生酯化反应,H为CH3COOCH2CH2OOCCH3
(1)由上述分析可知,D为HCHO,H为CH3COOCH2CH2OOCCH3
B生成C的反应为一氯甲烷在氢氧化钠水溶液、加热的条件下发生的甲醇,属于取代反应;
故答案为:HCHO,CH3COOCH2CH2OOCCH3;取代反应;
(2)G为HOCH2CH2OH,与过量金属钠反应的化学方程式为:HOCH2CH2OH+2Na→NaOCH2CH2ONa+H2↑,
故答案为:HOCH2CH2OH+2Na→NaOCH2CH2ONa+H2↑;
(3)F为HOCH2CHO,F的银镜反应为:HOCH2CHO+2[Ag(NH32]OH
水浴加热
HOCH2COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O,
故答案为:HOCH2CHO+2[Ag(NH32]OH
水浴加热
HOCH2COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O;
(4)原电池负极发生氧化反应,碱性条件下CH3OH在负极放电,发生氧化反应,生成碳酸根与水,负极电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-=6H2O+CO32-
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=6H2O+CO32-
(5)根据表中合成气生成1molCH4的反应热可知,1mol甲烷与水蒸气在一定条件下反应生成合成气CO和H2的△H=+206.2 kJ/mol,故热化学方程式为:CH4(g)+H2O(g)
Ni
CO(g)+3H2(g)△H═+206.2 kJ/mol;
此反应是气体总物质的量增大的可逆反应,根据平衡移动原理,常压有利于(高压不利于)合成气的生成,此反应是吸热的可逆反应,根据表中由合成气生成CH4的温度可知:反应温度高于500℃有利于合成气的生成;
故答案为:CH4(g)+H2O(g)
Ni
CO(g)+3H2(g)△H═+206.2 kJ/mol,此反应是气体总物质的量增大的可逆反应,根据平衡移动原理,常压有利于合成气的生成;500℃.
点评:本题考查有机推断与性质、原电池、热化学方程式、平衡移动原理等,难度中等,(4)中电极反应式书写为易错点,可以先写出正极电极反应式,利用总反应式减去正极电极反应式可得负极电极反应式,注意碱性条件下甲醇燃烧生成碳酸钠与水.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

工业上利用天然气(主要成分是CH4)与H2O进行高温重整制备合成气(CO+H2),CO和H2在一定条件下能制备甲醛、甲醚等多种有机物.已知CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为-890.3kJ?mol-1、-285.8kJ?mol-1和-283.0kJ?mol-1;18.0g水蒸气液化时的能量变化为44.0kJ.
(1)写出甲烷与水蒸气在高温下反应制合成气的热化学方程式
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ?mol-1
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ?mol-1

(2)在一定条件下,向体积固定为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4(g)和0.60mol H2O(g),测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示.
3min时改变条件,反应进行到4min时,体系中各物质的物质的量如下表所示:
t/min n(CH4)/mol n(H2O)/mol n(CO)/mol n(H2)/mol
4 0.18 0.38 0.22 0.66
则3~4min之间,平衡向
(填“正”或“逆”)反应方向移动,3min时改变的条件是
升高温度
升高温度

(3)已知温度、压强和碳水比[
n(CH4)
n(H2O)
]对该反应的影响如图所示.

①图l中,两条曲线所示温度的关系:t1
t2(填“>”、“<”或“=”,下同).
②图2中,两条曲线所示碳水比的关系:x1
x2
③图3中,两条曲线所示压强的关系:p1
p2
(4)以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示. 
①放电时,正极的电极反应式为
O2+4e-+2H2O=4OH-
O2+4e-+2H2O=4OH-

②假设装置中盛装100.0mL 3.0mol?L-1 KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8 960mL.放电完毕后,电解质溶液中各离子浓度的大小关系为
c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+
c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+

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科目:高中化学 来源: 题型:

精英家教网煤直接燃烧的能量利用率较低,为提高其利用率,工业上将煤气化(转变成CO和H2)后再合成乙醇、二甲醚等多种能源.
(1)①右图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测.则该电池的负极反应式为
 

②已知:H2(g)、CO(g)和CH3CH2OH(l)的燃烧热分别为285.8kJ?mol-1、283.0kJ?mol-1和1365.5kJ?mol-1
反应2CO(g)+4H2(g)?CH3CH2OH(l)+H2O(l) 的△H=
 

(2)煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚,其反应如下:
2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
同时发生副反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)、CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).
在温度250℃、压强3.0MPa时,某工厂按投料比V(H2):V(CO)=a进行生产,平衡时反应体系中各组分体积分数如下表:
物质 H2 CO CO2 (CH32O CH3OH H2O
体积分数 0.54 0.045 0.18 0.18 0.015 0.03
①250℃时反应:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)的平衡常数为
 

②投料比a=
 

③该工厂用100吨煤(含炭80%、气化为CO的利用率为90%)在该条件下可生产多少吨二甲醚?(写出计算过程)
 

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

生物质资源是一种污染小的可再生能源,可由其制得多种化工原料,如甲醛、甲醇和二甲醚等.
(1)甲醛溶液可用于浸制生物标本,这主要是利用了甲醛的何种化学性质
 

(2)由生物质能获得的CO和H2,可以合成多种有机物.当CO和H2以物质的量1:1催化反应,其原子利用率达100%,合成的物质可能是
 

a.汽油    b.甲醇    c.甲醛    d.乙酸
(3)工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol.
若在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得
反应达到平衡时的有关数据如下:
1.容器 2.甲 3.乙 4.丙
5.反应物投入量 6.1molCO、2molH2 7.l molCH3OH 8.2molCO、4molH2
9.CH30H昀浓度(mol/L) 10.cl 11.c2 12.c3
13.反应的能量变化 14.放出Q1kJ 15.吸收Q2kJ 16.放出Q3kJ
17.平衡常数 18.Kl 19.K2 20.K3
21.反应物转化率 22.al 23.a2 24.a3
下列说法正确的是
 

A.cl=c2    B.2Q1=Q3  C.KI=K3    D.a2+a3<100%
(4)一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚的反应为:
3H2 (g)+3CO (g)      CH3OCH3 (g)+CO2(g)
若一体积可变的密闭容器中充入3mol H2、3molCO、l mol CH3OCH3、l mol CO2,经一定时间达到平衡,并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍.平衡时
n(CH3OCH3)=
 
mol.反应开始时正、逆反应速率的大小:v(正)
 
v(逆)(填‘‘>’’、“<”或“=”),理由是
 

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(5)如图1为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.b电极是
 
极,a电极的反应式为
 

(6)利用生物质资源过程中会产生SO2,可利用如图2所示装置,用电化学原理生产硫酸为稳定持续生产,硫酸溶液的浓度应维持不变,则通入SO2和水的质量比为
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

在高温高压下CO具有极高的化学活性,能与多种单质或化合物反应.
(1)若在恒温恒容的容器内进行反应C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有
 
.(填字母)
a.容器内的压强保持不变            
b.容器中H2浓度与CO浓度相等
c.容器中混合气体的密度保持不变    
d.CO的生成速率与H2的生成速率相等
(2)CO一空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2.该电池负极的电极反应式为
 

(3)一定条件下,CO与H2可合成甲烷,反应方程式为:CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)
①一定条件下,该反应能够自发进行的原因是
 

②已知H2(g)、CO(g)和 CH4(g)的燃烧热分别为285.8kJ?mol-1、283.0kJ?mol-1和890,0kJ?mol-1
写出CO与H2反应生成CH4和CO2的热化学方程式:
 

(4)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,反应方程式为:CH3OH(g)+CO(g)
催化剂
HCOOCH3(g)△H=-29.1kJ?mol-1.科研人员对该反应进行了研究.部分研究结果如图所示:精英家教网
①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是
 

②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是
 

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