(2012?萬安縣模擬)能源問題是人類社會(huì)面臨的重大課題,日本大地震引起的核泄漏事故引起了人們對核能源的恐慌.而甲醇是未來重要的綠色能源之一.以CH4和H2O為原料,通過下列反應(yīng)來制備甲醇.
①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ/mol
②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ/mol
(l)CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為
CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g)△H=+77.0KJ/L
CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g)△H=+77.0KJ/L

(2)將1.0molCH4和2.0molH2O(g)通過容積為100L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,測得在一定的壓強(qiáng)下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1.

①假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min,則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為
0.0024mol/L?min
0.0024mol/L?min
;
②100℃時(shí)反應(yīng)I的平衡常數(shù)為
7.2×10-5(mol/L)2
7.2×10-5(mol/L)2

(3)在壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為300℃條件下,將1.0molCO與2.0molH2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇,平衡后將容器的容積壓縮到原來的
1
2
,其他條件不變,對平衡體系產(chǎn)生的影響是
CD
CD
(填字母序號(hào)).
A.c(H2)減小               B.正反應(yīng)速率加快,逆反應(yīng)速率減慢
C.CH3OH的物質(zhì)的量增加       D.重新平衡時(shí)
c(H2)
c(CH3OH)
減小      E.平衡常數(shù)K增大
(4)工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種:
①甲醇蒸氣重整法.該法中的一個(gè)主要反應(yīng)為CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是:
反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)
反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)

②甲醇部分氧化法.在一定溫度下以Ag/CeO2-ZnO為催化劑時(shí)原料氣比例對反應(yīng)的選擇性(選擇性越大,表示生成的該物質(zhì)越多)影響關(guān)系如圖2所示.則當(dāng)n(O2)/n(CH3OH)=0.25時(shí),CH3OH與O2發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為
2CH3OH+O2
催化劑
加熱
2HCHO+2H2O
2CH3OH+O2
催化劑
加熱
2HCHO+2H2O

(5)甲醇對水質(zhì)會(huì)造成一定的污染,有一種電化學(xué)法可消除這種污染,其原理是:通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化.實(shí)驗(yàn)室用圖3裝置模擬上述過程:
①寫出陽極電極反應(yīng)式
Co2+-e-=Co3+
Co2+-e-=Co3+
;
②寫出除去甲醇的離子方程式
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
分析:(1)依據(jù)蓋斯定律結(jié)合題干熱化學(xué)方程式計(jì)算得到;
(2)①100°時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%,變化的甲烷為0.4mol,生成的氫氣依據(jù)反應(yīng)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ/mol;可知?dú)錃馕镔|(zhì)的量為1.2mol,依據(jù)反應(yīng)速率概念計(jì)算;
 ②依據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算平衡濃度、根據(jù)平衡常數(shù)的概念計(jì)算得到;
(3)在壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為300℃條件下,將1.0molCO與2.0molH2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇,CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ/mol;
平衡后將容器的容積壓縮到原來的
1
2
,其他條件不變,體積減小壓強(qiáng)增大,反應(yīng)速率增大,平衡正向進(jìn)行;
(4)①反應(yīng)為CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H-T△S<0,反應(yīng)是熵增加的反應(yīng);
②當(dāng)n(O2)/n(CH3OH)=0.25時(shí),CH3OH與O2發(fā)生的主要反應(yīng)為甲醇的催化氧化生成甲醛,反應(yīng)的方程式為:2CH3OH+O2
催化劑
加熱
2HCHO+2H2O;
(5)①通電后,將Co2+氧化成Co3+,電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為Co2+-e-=Co3+;
②以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化的離子方程式結(jié)合氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)原子守恒,電荷守恒配平書寫為:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
解答:解:(1)依據(jù)蓋斯定律結(jié)合題干熱化學(xué)方程式計(jì)算得到;①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ/mol;②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ/mol
①-②得到CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g)△H=+77.0KJ/L;
故答案為:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g)△H=+77.0KJ/L
(2)①100°時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%,變化的甲烷為0.4mol,生成的氫氣依據(jù)反應(yīng)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ/mol;可知?dú)錃馕镔|(zhì)的量為1.2mol,用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率=
1.2mol
100L
5min
=0.0024mol/L?min;
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算平衡濃度、根據(jù)平衡常數(shù)的概念計(jì)算得到
              CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
起始量(mol/L)0.01    0.02     0       0
變化量(mol/L) 0.004 0.004   0.004    0.012
平衡量(mol/L)0.006  0.016   0.004    0.012
K=
[CO][H2]3
[CH4][H2O]
=
0.004×0.0123
0.006×0.016
=7.2×10-5(mol/L)2
故答案為:0.0024mol/L?min;7.2×10-5(mol/L)2
(3)在壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為300℃條件下,將1.0molCO與2.0molH2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇,CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ/mol;
平衡后將容器的容積壓縮到原來的
1
2
,其他條件不變,體積減小壓強(qiáng)增大,反應(yīng)速率增大,平衡正向進(jìn)行
A、體積減小,c(H2)增大,故A錯(cuò)誤;
B、壓強(qiáng)增大,正逆反應(yīng)速率都加快,故B錯(cuò)誤;
C、體積減小,壓強(qiáng)增大,平衡正向進(jìn)行,CH3OH的物質(zhì)的量增加,故C正確;
D、體積減小,壓強(qiáng)增大,平衡正向進(jìn)行,重新平衡時(shí)
c(H2)
c(CH3OH)
減小,故D正確;
E、平衡常數(shù)K只隨溫度的而變化,故E錯(cuò)誤;
故選CD;
(4)①反應(yīng)為CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H-T△S<0,反應(yīng)是熵增加的反應(yīng),;
②當(dāng)n(O2)/n(CH3OH)=0.25時(shí),CH3OH與O2發(fā)生的主要反應(yīng)為甲醇的催化氧化生成甲醛,反應(yīng)的方程式為:2CH3OH+O2
催化劑
加熱
2HCHO+2H2O;
故答案為:反應(yīng)是熵增加的反應(yīng);2CH3OH+O2
催化劑
加熱
2HCHO+2H2O
(5)①通電后,將Co2+氧化成Co3+,電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為Co2+-e-=Co3+;
②以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化的離子方程式結(jié)合氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)原子守恒,電荷守恒配平書寫為:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
故答案為:Co2+-e-=Co3+;6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
點(diǎn)評:本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫,蓋斯定律的應(yīng)用,原電池和電解池原理的綜合應(yīng)用,化學(xué)平衡的影響因素分析,反應(yīng)速率的計(jì)算,離子方程式的書寫,題目綜合性大,難度中等.
練習(xí)冊系列答案
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(2012?萬安縣模擬)下表是元素周期表的一部分,有關(guān)說法不正確的是( 。

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(2012?萬安縣模擬)如圖中 A、B、C、D、E均為有機(jī)化合物.已知:C能跟NaHCO3發(fā)生反應(yīng),C和D的相對分子質(zhì)量相等,且E為無支鏈的化合物.

根據(jù)上圖回答問題:
(1)已知E的相對分子質(zhì)量為102,其中碳、氫兩種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為58.8%、9.8%,其余為氧,則E的分子式為
C5H10O2
C5H10O2
;C分子中的官能團(tuán)名稱是
羧基
羧基
;化合物B不能發(fā)生的反應(yīng)是
e
e
(填字母序號(hào)):
a.加成反應(yīng)  b.取代反應(yīng)  c.消去反應(yīng) d.酯化反應(yīng)  e.水解反應(yīng)  f. 置換反應(yīng)
(2)反應(yīng)②的化學(xué)方程式是
CH3COOH+CH3CH2CH2OH
濃硫酸
CH3COOCH2CH2CH3+H2O
CH3COOH+CH3CH2CH2OH
濃硫酸
CH3COOCH2CH2CH3+H2O

(3)反應(yīng)②實(shí)驗(yàn)中加熱的目的是:
加快反應(yīng)速率
加快反應(yīng)速率
;Ⅱ
及時(shí)將產(chǎn)物乙酸丙酯蒸出,以利于平衡向生成乙酸丙酯的方向移動(dòng)
及時(shí)將產(chǎn)物乙酸丙酯蒸出,以利于平衡向生成乙酸丙酯的方向移動(dòng)

(4)A的結(jié)構(gòu)簡式是

(5)同時(shí)符合下列三個(gè)條件的B的同分異構(gòu)體的數(shù)目有四個(gè).
Ⅰ.含有間二取代苯環(huán)結(jié)構(gòu)Ⅱ.屬于非芳香酸酯Ⅲ.與 FeCl3 溶液發(fā)生顯色反應(yīng).寫出其中任意一個(gè)同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式

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