甲醇是一種重要的化工原料,在生產中有著重要的應用.工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應有:
(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ?mol-1
(Ⅱ)2CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ?mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ?mol-1
(1)用CH4和02直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為
 

(2)某溫度下,向4L恒容密閉容器中通人6mol C02和6mol CH4,發(fā)生反應(Ⅰ),平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為
1
4
,則此溫度下該反應的平衡常數(shù)K=
 
,CH4的轉化率為
 

(3)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反應的熱化學方程式為:CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCH3(g)△H2=-29.1kJ?mol-1.科研人員對該反應進行了研究,部分研究結果如圖1、2:
①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率”看,工業(yè)制取甲酸甲酯應選擇的壓強是
 
 (填“3.5×106PaPa““4.0×106Pa“或“5.0×106Pa”).
②實際工業(yè)生產中采用的溫度是80℃,其理由是
 

(4)直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于其結構簡單、能量轉化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關注.DMFC的工作原理如圖3所示:
①通入a氣體的電極是電池的
 
(填“正”或“負”)極,其電極反應式為
②常溫下,用此電池以惰性電極電解O.5L飽和食鹽水(足量),若兩極共生成氣體1.12L(已折算為標準狀況下的體積),則電解后溶液的pH為
 
(忽略溶液的體積變化).
考點:用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡常數(shù)的含義
專題:化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題
分析:(1)根據(jù)蓋斯定律計算書寫熱化學方程式;
(2)根據(jù)平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為
1
4
,利用三段式計算出平衡時各組分的含量,計算平衡常數(shù)和轉化率;
(3)①依據(jù)轉化率曲線分析判斷;
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答;
(4)①根據(jù)圖知,交換膜是質子交換膜,則電解質溶液呈酸性,根據(jù)氫離子移動方向知,通入a的電極為負極、通入b的電極為正極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應;
②根據(jù)電解池的工作原理和電極方程式來計算.
解答: 解:(1)根據(jù)(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ?mol-1
(Ⅱ)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ?mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ?mol-1
由(Ⅰ)×2+(Ⅱ)×2+(Ⅲ)得2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H,故△H=2△H1+2△H2+△H3=(+247.3kJ?mol-1)×2+(-90.1kJ?mol-1)×2+(-566.0kJ?mol-1)=-251.6kJ?mol-1,所以用CH4和O2直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ?mol-1,
故答案為:2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ?mol-1
(2)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)
起始(mol) 6        6         0       0
變化(mol) x        x         2x      2x
平衡(mol)6-x       6-x       2x      2x
平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為
1
4
,所以6-x=2x,解得x=2,
則此溫度下該反應的平衡常數(shù)X=
c 2(CO)?c 2(H 2)
c(CH 4)?c(CO 2)
=
1 2×1 2
1×1
=1,
CH4的轉化率為
2
6
=33.3%,
故答案為:1;33.3%;
(3)①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看,圖象中轉化率變化最大的是4.0×106Pa,故答案為:4.0×106Pa;
②依據(jù)圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大,反應是放熱反應,溫度過高,平衡逆向進行,不利于轉化率增大,
故答案為:高于80℃時,溫度對反應速率影響較小,且反應放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉化率降低;
(4)①根據(jù)圖知,交換膜是質子交換膜,則電解質溶液呈酸性,根據(jù)氫離子移動方向知,通入a的電極為負極、通入b的電極為正極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應,負極反應式為 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O,
故答案為:負;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;
②用此電池以惰性電極電解飽和食鹽水的電極反應為:2Cl-+2H2O
 通電 
.
 
H2↑+Cl2↑+2OH-,當兩極共收集到標準狀況下的氣體1.12L(0.05mol)時,則生成氫氧化鈉的物質的量是0.05mol,所以COH-=
0.05mol
0.5L
=0.1mol/L,所以PH=13,故答案為:13.
點評:本題考查了蓋斯定律的應用、熱化學方程式的計算書寫、化學平衡的計算、圖象分析判斷以及電化學的知識等,注意掌握基礎知識的掌握,題目難度中等.
練習冊系列答案
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據(jù)美國《科學》雜志報道,外太空的某一星球的大氣層中,含有大量的CH2=CHOH,此物質常溫時為液體,它很容易轉化成CH3CHO,化學方程式為CH2=CHOH?CH3CHO;已知△H<0.據(jù)此你認為下列說法中錯誤的是( 。
A、該星球表面溫度很高
B、該星球表面溫度很低
C、該反應為放熱反應
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(1)制備氧化銅:工業(yè)CuSO4
 CuSO4溶液
CuSO4?5H2O→…→CuO
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③步驟Ⅲ的目的是得到CuSO4?5H2O固體,操作是:
 
、過濾、水浴加熱烘干.水浴加熱的特點是:
 

(2)探究氧化銅的性質
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,名稱是
 
;
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(3)①的反應類型是
 
;③的反應類型是
 

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;
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