题目
题型:不详难度:来源:
Ⅰ.在一定条件下,科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇,其过程如下图所示,试回答下列问题:
(1)该合成路线对于环境保护的价值在于 。
(2)15~20%的乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液具有弱碱性,上述合成线路中用作CO2吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因 。
(3)CH3OH、H2的燃烧热分别为:△H=-725.5 kJ/mol、△H=-285.8 kJ/mol,写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式: 。
Ⅱ.将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为:
2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)
已知一定压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率见下表:
投料比[n(H2) / n(CO2)] | 500 K | 600 K | 700 K | 800 K |
1.5 | 45% | 33% | 20% | 12% |
2.0 | 60% | 43% | 28% | 15% |
3.0 | 83% | 62% | 37% | 22% |
(4)该反应的焓变△H 0,熵变△S 0(填>、<或=)。
(5)用甲醚作为燃料电池原料,在碱性介质中该电池负极的电极反应式 。
(6)若以1.12 L·min-1(标准状况)的速率向该电池中通入甲醚(沸点为-24.9 ℃),用该电池电解500 mL 2 mol·L-1 CuSO4溶液,通电0.50 min后,理论上可析出金属铜 g。
答案
(2)HOCH2CH2NH2+H2O HOCH2CH2NH3++OH- (2分)
(3)CO2(g)+3 H2(g)= CH3 OH(l)+ H2O(l) △H=-131.9kJ/mol (3分)
(4)< (1分),< (1分)
(5) CH3 OCH3 -12e-+16 OH-=2CO32-+11 H2O (3分 )
(6)9.6(2分 )
解析
(1)氢气与二氧化碳合成甲醇,减少了二氧化碳的排放,有利于防止温室效应
(2)HOCH2CH2NH2水解使溶液呈碱性,发生的离子方程式为HOCH2CH2NH2+H2O HOCH2CH2NH3++OH-
(3)根据盖斯定律,将甲醇与氢气的燃烧热化学方程式作相应调整,得△H=-285.8 kJ/mol×3-(-725.5 kJ/mol)=-131.9kJ/mol,所以合成甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3 H2(g)= CH3 OH(l)+ H2O(l) △H=-131.9kJ/mol
(4)随温度升高,二氧化碳的转化率降低,说明升温平衡向逆向移动,正反应方向为放热反应,△H<0,反应物气体的总物质的量是8mol,生成物气体的总物质的量是4mol,所以△S<0;
(5)该电池负极是甲醚发生氧化反应,碱性介质中生成碳酸根离子,电极反应式为CH3 OCH3 -12e-+16 OH-=2CO32-+11 H2O
(6)0.5min甲醚的通入量是0.025mol,转移电子是0.3mol,根据得失电子守恒,Cu2++2e-=Cu,最终得0.15mol铜,其质量是9.6g。
核心考点
试题【(2014届湖北省天门市高中毕业生四月调研测试理综化学试卷)Ⅰ.在一定条件下,科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇,其过程如下图】;主要考察你对能量的相互转化等知识点的理解。[详细]
举一反三
碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。
(1)甲烷燃烧放出大量的热,可作为能源用于人类的生产和生活。
已知:①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=" —1214" kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=" —566" kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式 。
(2) 将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,构成甲烷燃料电池。其负极电极反应式是: 。
(3)某同学利用甲烷燃料电池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↑
(4)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积
为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | |
H2O | CO | CO2 | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 3 |
3 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1 |
①实验1中,以v (H2)表示的平均反应速率为 。
②实验3跟实验2相比,改变的条件可能是 (答一种情况即可)
某市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5的悬浮颗粒物),其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。
请回答下列问题:
(1)将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。
若测得该试样所含离子的化学组分及其浓度如下表:
离子 | H+ | K+ | Na+ | NH4+ | SO42- | NO3- | Cl- |
浓度/mol·L-1 | 未测定 | 4×10-6 | 6×10-6 | 2×10-5 | 4×10-5 | 3×10-5 | 2×10-5 |
根据表中数据判断试样的pH= 。
(2)为减少SO2的排放,常采取的措施有:
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ·mol-1
C(s)+1/2O2(g)="CO" (g) △H=-110.5kJ·mol-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式: 。
②洗涤含SO2的烟气。以下物质可作洗涤剂的是 。
A.Ca(OH) 2 B.Na2CO3 C.CaCl2D.NaHSO3
(3)汽车尾气中有NOx和CO的生成及转化
① 若1mol空气含0.8molN2和0.2molO2,汽缸中的化学反应式为N2 (g)+O2(g)2NO(g) △H0
1300℃时将1mol空气放在密闭容器内反应达到平衡,测得NO为8×10-4mol。计算该温度下的平衡常数K= 。
汽车启动后,汽缸温度越高,单位时间内NO排放量越大,其原因是 。
②目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NOx的污染,其化学反应方程式为 。
③ 汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO,2CO(g)=2C(s)+O2(g)
已知该反应的△H0,判断该设想能否实现并简述其依据: 。
亚硝酸钠是一种工业盐,在生产、生活中应用广泛。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及药品,探究亚硝酸钠与硫酸反应及生成气体产物的成分。已知:
①NO+NO2+2OH-=2NO2-+2H2O
②气体液化的温度:NO2 21℃、NO -152℃
(1)为了检验装置A中生成的气体产物,仪器的连接顺序为(从左向右连接):A→C→_______→_______→_______;组装好仪器后,接下来进行的操作是________________。
(2)关闭弹簧夹,打开分液漏斗活塞,滴入70%的硫酸后, A中产生红棕色气体.
①确认A中产生气体含有NO,依据的现象是_____________________________.
②装置E的作用是_______________________________________________________
(3)如果向D中通入过量O2,则装置B中发生反应的化学方程式为________________.
如果没有装置C,对实验结论造成的影响是______________________________。
(4)通过上述实验探究过程,可得出装置A中反应的化学方程式是_______________。
(5)工业生产中氮氧化物的排放会造成环境污染,可采用如下方法处理氮氧化物:
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol-1
则CH4将NO2还原为NO的热化学方程式为:___________________________.
A.无法比较X的能量与M的能量的大小 |
B.Y的能量可能小于N的能量 |
C.X和Y的总能量一定小于M和N的总能量 |
D.因该反应为吸热反应,所以一定要在加热条件下才能反应 |
和碳氢化合物平均减少30%以上,有效的降低和减少了有害的尾气排放。但是汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,对NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。NOx排入空气中,形成酸雨,造成空气污染。NOx中有一种红棕色气体,其溶于水的方程式是 。
(2)已知NO2和N2O4的结构式分别是 和 。
物质 | NO2 | N2O4 | |
化学键 | N=O | N—N | N=O |
键能(kJ/mol) | 466 | 167 | 438 |
(3)研究人员在汽车尾气系统中装置催化转化剂,可有效降低NOx的排放。
①写出用CO还原NO生成N2的化学方程式 。
②在实验室中模仿此反应,在一定条件下的密闭容器中,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况和n (NO)/n(CO)比例变化情况如下图。
为达到NO转化为N2的最佳转化率,应该选用的温度和n(NO)/n(CO)比例分别为 、 ;该反应的∆H 0(填“>”、“<”或“=”)。
(4)用 CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物生成无污染的物质。CH4与NO 发生反应的化学方程式为 。
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