合成气（CO+H2）是一种重要的化工原料，在化工生产中具有十分广泛的用途． 可以生产被称为...

高三化学解答题中等难度题查看答案及解析

能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景，因此甲醇被称为2l世纪的新型燃料。工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的浓度随时间变化图。

请回答下列问题：

（1）在“图1”中，曲线_______（填“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于_________（填“吸热”或“放热”）反应。

（2）根据“图2”判断，下列说法不正确的是______________。

A．起始充入的CO为1mol

B．增加CO浓度，CO的转化率增大

C．容器中压强恒定时，反应已达平衡状态

D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1molCO和2molH2，再次达到平衡时n（CH3OH）

／n（CO）会增大

（3）从反应开始到建立平衡，v（H2）＝__________；该温度下CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g）的化学平衡常数为___________。若保持其他条件不变，向平衡体系中再充入0．5mol CO、lmolH2、1．5 molCH3OH，此反应进行的方向为________________（填“正反应方向”或“逆反应方向）”。

（4）请在“图3”中画出平衡时甲醇蒸气百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出p1、p2，且p1＞p2）。

（5）科学家常用量热剂来直接测定某一反应的反应热，现测得：CH3OH（g）＋3／2O2

（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）△H＝－192．9kJ／mol，又知H2O（l）＝H2O（g）△H＝＋44kJ／mol，请写出32g的CH3OH（g）完全燃烧生成液态水的热化学方程式_______。

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（14分）二甲醚（CH₃OCH。）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效等优良的性能。以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

（1）催化反应室B中CO与H₂合成二甲醚的化学方程式为________.

（2）催化反应室A中发生的反应为：

CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）……（I）、CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）……（Ⅱ）催化反应室C中发生的反应为：

CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）……（Ⅲ）、CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）……（Ⅳ）

①已知：原子利用率=×100％，试求反应（Ⅳ）的原子利用率为________。

②反应（Ⅳ）的△S ________0（填“>”、“=”或“<”）。

③在压强为5MPa，体积为VL的反应室c中，amol CO与20mol H₂在催化剂作用下发生反应（Ⅲ）生成甲醇，CO的转化率与温度的关系如右图。则该反应的△H________0（填“>”、“=”或“<”）。300℃时该反应的平衡常数K= ________（用含字母的代数式表示）。

（3）我国某科研所提供一种碱性“直接二甲醚燃料电池”。

该燃料电池负极的电极反应式为：

CH₃OCH₃一12e^一+16OH^一=2CO^2-₃+11H₂O。有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫（体积分数为x）废气的方法如下：

①将含SO₂的废气通人电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；

②将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸；

③将盐酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂气体回收。

用上述碱性“直接二甲醚燃料电池”电解食盐水来处理标准状况下VL的废气，计算消耗二甲醚的质量。

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CO、SO2是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法。

I.甲醇是一种新型燃料，甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）　 △H1＝-116kJ·mol-1

（1）下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是___；

A．随时将CH3OH与反应混合物分离　　　　 B．降低反应温度

C．增大体系压强　　　　　　　　　　　　　　　 D．使用高效催化剂

（2）已知：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）　　 △H1＝-116kJ·mol-1

CO（g）+O2(g)=CO2（g）　　 △H2＝-283kJ·mol-1

H2（g）+O2(g)=H2O(g)　　 △H3

则△H3=___，表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为___；

Ⅱ.当温度高于500 K时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇，2CO2（g）＋6H2（g）C2H5OH（g）＋3H2O（g）。这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。回答下列问题：

（1）其平衡常数表达式为K=____。

（2）在恒容密闭容器中，判断上述反应达到平衡状态的依据是___。

a．体系压强不再改变　　　　　 b．H2的浓度不再改变

c．气体的密度不随时间改变　 d．单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3∶1

（3）在一定压强下，测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中，起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。根据图中数据

①降低温度，平衡向____方向移动。

②在700K、起始投料比=1.5时，H2的转化率为___。

③在500K、起始投料比＝2时，达到平衡后H2的浓度为amol·L－1，则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为___。

Ⅲ.某学习小组以SO2为原料，采用原电池法制取硫酸。该小组设计的原电池原理如图所示。该电池中右侧为___极，写出该电池负极的电极反应式___。

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二氧化碳是用途非常广泛的化工基础原料，回答下列问题:

（1）工业上可以用CO2来生产燃料甲醇。

已知; CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H=-131.0kJ/mol;

H2(g)+ O2(g)= H2O(l)　　　　　　　　　 △H=-285.8 kJ/mol。

CH3OH的燃烧热△H=_______。

（2）在催化剂作用下，CO2和CH4可以直接转化为乙酸:

CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g) △H=+36.0 kJ/mol

在不同温度下乙酸的生成速率变化如右图所示。

①当温度在250℃～300℃范围时，乙酸的生成速率减慢的主要原因是______，当温度在300℃～400℃范围时，影响乙酸生成速率的主要因素是________。

②欲使乙酸的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。

A.升高温度　　 B.降低温度　　 C.增大压强　　 D.降低压强

（3）高温下，CO2与足量的碳在密闭容器中实现反应: C(s)+CO2(g)2CO(g)。

①向容积为1L的恒容容器中加入0.2molCO2，在不同温度下达到平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如右图所示。则该反应为_____(填“放热”或“吸热”)反应，某温度下，若向该平衡体系中再通入0.2molCO2,平衡____(填“正向”“逆向”“不”)移动，达到新平衡后，体系中CO的百分含量________ (填“变大”“变小”“不变”)。

②向压强为p体积可变的恒压容器中充入一定量CO2,650℃时反应达平衡，CO的体积分数为40.0%,则CO2的转化率为_________。气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp=_________(用含p的代数式表示)，若向平衡体系中再充入V(CO2): V(CO)=5:4的混合气体,平衡______(填“正向”“逆向”“不”)移动。

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甲醇、乙醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，都是重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景，可以用多种方法合成。

I．用CO2生产甲醇、乙醇

(1)已知：H2的燃烧热为-285.8 kJ/mol，CH3OH(l)的燃烧热为-725.8kJ/mol，CH3OH(g)=CH3OH(l)　 △H= -37.3 kJ/mol，则CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+ H2O(1)　　 △H=____kJ/mol。

(2)将CO2和H2按物质的量之比1:3充入体积为2.0L的恒容密闭容器中反应[生成 H2O(g)]，如图1表示压强为0.1 MPa和5.0 MPa下CO2转化率随温度的变化关系。

①a、b两点化学反应速率分别用Va、Vb，表示，则Va ___Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）。

②列出a点对应的平衡常数表达式K= ____________________。

(3)在1.0 L恒容密闭容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g)+H2O(g)，实验测得不同温度及压强下，平衡时甲醇的物质的量变化如图2所示，下列说法正确的是_____。

A.该反应的正反应为放热反应

B．压强大小关系为p1＜p2＜p3

C．M点对应的平衡常数K的值约为1.04×10－2

D．在p2及512 K时，图中N点υ(正)＜υ(逆)

(4)CO2催化加氢合成乙醇的反应为：2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g) +3H2O(g) △H；m代表起始时的投料比，即m＝

①图3中投料比相同，温度T3＞T2＞T1，则该反应的焓变△H____0（填“＞”、“＜”）。

②m=3时，该反应达到平衡状态后p(总)=20a MPa，恒压条件下各物质的物质的量分数与温度的关系如图4所示，则曲线b代表的物质为_________（填化学式），T4温度时，反应达到平衡时物质d的分压p(d)=___________。

Ⅱ．甲醇的应用

(5)以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图5所示。

离子交换膜a为_____（填“阳膜”、“阴膜”），阳极的电极反应式为______________。

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甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景，可以用多种方法合成。

Ⅰ.用CO2生产甲醇

（1）已知：H2的燃烧热为-285.8kJ/mol，CH3OH(l)的燃烧热为-725.8kJ/mol，

CH3OH(g)=CH3OH(l)　　 ΔH=-37.3kJ/mol

则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)ΔH=__kJ/mol。

（2）将CO2和H2按物质的量之比1：3充入体积为2.0L的恒容密闭容器中反应，如图1两条曲线分别表示压强为0.1MPa和5.0MPa下CO2转化率随温度的变化关系。

其中a点的平衡常数表达式为：__。

②a，b两点化学反应速率分别用Va、Vb表示，则Va__Vb(填“大于”、“小于”或“等于”)。

（3）在1.0L恒容密闭容器中投入1molCO2和2.75molH2发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，实验测得不同温度及压强下，平衡时甲醇的物质的量变化如图2所示，下列说法正确的是__。

A.该反应的正反应为放热反应

B.压强大小关系为p1<p2<p3

C.M点对应的平衡常数K的值约为1.04×10-2

D.在p2及512K时，图中N点v(正)<v(逆)

Ⅱ.用CO生产甲醇

（4）已知：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，如图3是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①该反应的焓变ΔH__0(填“ ”、“ ”或“ ”)。

②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1___K2(填“>”、“<”或“=”)。

Ⅲ.甲醇的应用

（5）甲醇制氢气。甲醇水蒸气重整制氢反应：CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)　　 ΔH=+49kJ/mol。某温度下，将[n(H2O)：n(CH3OH)]=1：1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为___。

（6）以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图4所示。阳极的电极反应式为__。

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甲醇汽油是由10％一25％的甲醇与其他化工原料、添加剂合成的新型车用燃料，可达到国标汽油的性能和指标。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。

Ⅰ、工业上合成甲醇一般采用下列反应：CO（g）+2 H₂（g） CH₃ OH（g） △H=a kJ/mol，

下表是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）：

（1）由表中数据判断△H  a________0（填“>”、“=”或“<”）。

（2）某温度下，将2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c(CO)=0.5 mol·L^－1，则此时的温度为________⁰C。

（3）在容积固定的密闭容器中发生上述反应，各物质的浓度如下表：

①反应从2 min到4 min之间，H₂的反应速率为________。

②反应达到平衡时CO的转化率为________。

③反应在第2 min时改变了反应条件，改变的条件可能是________（填序号）。

A．使用催化剂    B．降低温度    C．增加H₂的浓度

（4）向容积相同、温度分别为T₁和T₂的两个密闭容器中均充入1 molCO和2 mol H₂，发生反应CO（g）+2 H₂（g）   CH₃ OH（g）△H=a kJ/mol。恒温恒容下反应相同时间后，分别测得体系中CO的百分含量分别为w₁和w₂；已知T₁<T₂，则

w_{1________}w₂（填序号）。

A．大于     B．小于     C．等于     D．以上都有可能

Ⅱ、甲醇在化学电源方面也有着重要应用。写出以甲醇为燃料，氢氧化钠溶液为电解质溶液的原电池中负极的电极反应式：________。

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（15分）甲醇（CH₃OH）是一种重要的化工原料，广泛应用于化工生产，也可以直接用做燃料。已知

CH₃OH(1) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(g) ；  △Ha = －443.64 kJ·mol^－1

2CO (g) + O₂(g) = 2CO₂(g) ；   △H _b =－566.0 kJ·mol^－1

（1）试写出CH₃OH(1)在氧气中完全燃烧生成CO₂和H₂O（g）的热化学方程式：

________

（2）甲醇作为燃料，它的优点是燃烧时排放的污染物少，从而不仅能缓解能源紧张和温室效应的问题，还能改善大气质量。试利用（1）中的热化学方程式计算，完全燃烧20g甲醇，生成二氧化碳和水蒸汽时，放出的热量为________kJ ，生成的CO₂气体标准状况下体积是________L

（3）科研人员新近开发出一种由甲醇和氧气以强碱做电解质溶液的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电，据此回答下列问题：

甲醇在________极反应；电极反应式为。

（4）利用电池可实现电能向化学能转化。某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)₂的实验装置（如下图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是________（填序号）

A．电源中的a一定为正极，b一定为负极

B．可以用NaCl溶液作为电解液

C．A、B两端都必须用铁作电极

D．阴极发生的反应是：2H⁺ + 2e^－→H₂↑

若将所得Fe(OH)₂沉淀暴露在空气中，其颜色变化是________，反应的化学方程式为。

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