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19.甲醇是一种重要的可再生能源.
(1)已知2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=a kJ•mol-1
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=b kJ•mol-1
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程式2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol.
(2)还可通过下列反应制甲醇:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g).甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况.从反应开始到达平衡,用H2表示反应速率υ(H2)=0.15mol/(L•min).

(3)在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H2,CO的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如乙图所示.
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是BD(填字母).
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的体积分数不再改变
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
D.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小PA<PB(填“>、<、=”).
③若达到化学平衡状态A时,容器的体积为20L.如果反应开始时仍充入10molCO和20molH2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=4L.
(4)以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极).
①若KOH溶液足量,则写出电池负极反应式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O.
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8mol,当有0.5mol甲醇参与反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+).

分析 (1)利用盖斯定律,1式加2式的二倍即可得到该方程式及焓变;
(2)根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$,结合物质表示的反应速率之比等于物质前边的系数之比来计算;
(3)①平衡标志是正逆反应速率相同,各成分浓度保持不变分析判断选项;
②正反应方向为气体体积减小的方向,T1℃时比较CO的转化率,转化率越大,则压强越大;
③A、B反应温度相等,则平衡常数相等,利用平衡常数计算;
(4)①燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式,在碱性环境下,二氧化碳转化为碳酸根离子,据此书写;
②当有0.5mol甲醇参与反应时,产生的二氧化碳是0.5mol,和0.8mol氢氧化钾反应,根据元素守恒可以计算n (K2CO3)=0.3mol,n (KHCO3)=0.2mol,据此确定离子浓度的大小顺序.

解答 解:(1)已知①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=a KJ/mol
②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=b KJ/mol,①+②×2可得到2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol,
故答案为:2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol;
(2)用甲醇表示的反应速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/(L•min),氢气表示的反应速率是甲醇的2倍,即0.15mol/(L•min),
故答案为:0.15mol/(L•min);
(3)①A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍,不能说明正逆反应速率相等,不一定平衡,故A错误;
B.H2的体积分数不再改变是化学平衡的特征,达到了平衡,故B正确;
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等,不能说明正逆反应速率相等,不一定平衡,故C错误;
D.体系中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值,物质的量变化,质量不变,所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变,证明达到了平衡,故D正确.
故选BD;
②正反应方向为气体体积减小的方向,T1℃时比较CO的转化率,转化率越大,则压强越大,图象中PB转化率大于PA,可知PA<PB,故答案为:<;
③A、B两容器温度相同,即化学平衡常数相等,且B点时CO的转化率为0.8,
          则 CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始(mol):10     20        0
转化(mol):8      16        8
 平衡(mol):2      4        8
设体积为VL,则有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×(\frac{4}{V})^{2}}$=4,V=4L,
故答案为:4;
(4)①燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式,在碱性环境下,二氧化碳转化为碳酸根离子,即2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,
故答案为:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O;
②当有0.5mol甲醇参与反应时,产生的二氧化碳是0.5mol,和0.8mol氢氧化钾反应,根据元素守恒可以计算n (K2CO3)=0.3mol,n (KHCO3)=0.2mol,二者的水溶液均为碱性,所以C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+),
故答案为:C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+).

点评 本题主要考查了热化学方程式的书写、电解质溶液中离子浓度大小比较、原电池原理分析、化学平衡状态的判断以及平衡的计算的知识,属于综合知识的考查,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.太阳能的开发利用在新能源研究中占据重要地位.单晶硅太阳能电池片在加工时,一般掺杂微量的铜、硼、镓、硒等.
请回答:
(1)基态Cu2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9;已知高温下Cu20比Cu0更稳定,试从铜原子核外电子结构角度解释其原因亚铜离子价电子排布式为3d10,亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态.
(2)铜与类卤素(CN)2、(SCN)2反应生成Cu( CN)2、Cu( SCN)2.已知(CN)2分子中各原子最外层均为8电子稳定结构,则l mol (CN)2中含有π键的数目为4NA;
类卤素( SCN)2对应的酸有两种,理论上硫氰酸(H-S-C≡N)的沸点低于异硫氰酸(H-N=C=S)的沸点,其原因为异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸不能.
(3)氮化硼(BN)晶体有多种结构.六方氮化硼是通常存在的稳定结构,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂;立方氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性.它们的晶体结构如图所示.

①关于两种晶体,下列说法正确的是bc(填选项字母).
a.立方氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
b.六方氮化硼层间作用力小,所以质地软
c.两种晶体中的B-N键均为共价键
d.两种晶体均为分子晶体
②立方氮化硼晶体中,硼原子的杂化轨道类型为sp3.
③立方氮化硼晶胞边长为acm,则其密度为$\frac{100}{{a}^{3}N{\;}_{A}}$g/cm3(用含a的代数式表示).
④如图1是金刚石的晶胞图和投影图,图2是立方氮化硼晶胞的投影图,请在图2中圆球上涂“●”和画“×”分别标明B与N的相对位置.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.已知:2SO2(g)+O2(g)═2SO3(g)+196.64kJ,则下列判断正确的是(  )
A.2SO2(g)+O2(g)═2SO3(l)+Q,Q>196.64kJ
B.2mol SO2气体和过量的O2充分反应放出196.64kJ热量
C.1 L SO2(g)完全反应生成1L SO3(g),放出98.32 kJ热量
D.使用催化剂,可以减少反应放出的热量

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(  )
A.0.2molNa202和Na2S的混合物中共含有离子数目为0.6NA
B.2.24LNz和足量Hz充分反应转移的电子数目为0.6NA
C.含氢原子1.806×l024的甲基中含有的质子数为10NA
D.1.0L1.0mol/LFeCI3溶液全部转化成氢氧化铁胶体所得胶粒数目为NA

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列说法不正确的是(  )
A.铝及其合金使用广泛,是因为铝比铁更耐酸、碱的腐蚀
B.通过红外光谱分析可以区分乙醇与乙酸乙酯
C.大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应实现的
D.通常所说的三大合成材料是指塑料、合成橡胶和合成纤维

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.下表中实线表示目前元素周期表七个周期的部分边界. ①~⑧八种元素在周期表中的相对位置如下:

请按要求回答下列问题:
(1)请在上表中用实线画出从第三周期到第六周期金属和非金属的交界线.
(2)元素 ⑤、⑥、⑦氢化物的稳定性由强到弱是(填化学式)H2O>H2S>PH3.
(3)由元素 ①、③、⑤组成的共价化合物有多种,写出其中相对分子质量最小的分子的电子式:.
(4)设计实验证明单质的还原性:②①时,涉及反应原理的化学方程式:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑.
若利用如图装置实验,证明元素的非金属性:⑧⑦,则A中盛有浓盐酸,B中有KMnO4固体,C中反应的离子方程式为S2-+Cl2=2Cl-+S↓;但需在C的试管口处堵一块蘸有氢氧化钠溶液的棉花吸收尾气.
(5)元素 ④的最高价氧化物的水化物X的溶液呈酸性的原因是(用电离方程式表示)HNO3=H++NO3-;与X的组成元素相同的离子化合物(含X的阴离子)的水溶液也呈酸性的原因是硝酸铵属于强电解质,在水中完全电离,其中NH4+水解而使溶液显酸性.
欲将标准状况下8.96L M(由元素 ④和 ⑤组成的双原子气体分子)全部被水吸收成为元素④的最高价氧化物的水化物,需元素 ⑤的双原子分子约0.3×6.02×1023个.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

11.25℃时,下列有关0.10mol/L Na2SO3溶液(忽略溶液体积变化及被空气氧化)的叙述正确的是(  )
A.与漂白粉溶液反应的离子方程式:Ca2++SO32-=CaSO3↓
B.通入HCl至溶液pH=7:c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(Cl-)
C.加入NaOH固体可使溶液中水的电离程度增大
D.通入SO2至过量:c(Na+)=2[c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)]

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8.下列不正确的是(  )
A.CH3COONa溶液中加入少量KCl固体后的碱性溶液一定有:c(Na+)-c(CH3COO-)=c(OH-)-c(H+)
B.同浓度的CH3COONa和NaClO混合液中各离子浓度大小关系是:c(Na+)>c(ClO-)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
C.常温下,在10mL pH=12的氢氧化钠溶液中加入pH=2的HA至pH刚好等于7,所得溶液体积V(总)≤20mL(忽略溶液体积变化)
D.某温度下,pH=11的NH3•H2O和pH=1的盐酸等体积混合后恰好完全反应,反应后的溶液中NH4+、NH3•H2O与NH3三种微粒的平衡浓度之和为0.05 mol•L-1(忽略溶液体积变化)

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.某溶液中可能含有物质的量浓度相等的下列离子中的几种:Fe3+、Cu2+、Na+、H+、Cl-、SO42-、CO32-、I-,取少量上述溶液分别进行如下实验:①一份中加人少量锌粉后,固体溶解完但无其他变化;②一份加入BaCl2溶液后得到白色沉淀,下列有关判断正确的是(  )
A.溶液中只含Fe3+、SO42-、Cl-
B.溶液中只含Cu2+、SO42-
C.需要利用焰色反应才能确定有无Na+
D.溶液中肯定没有I-但无法确定有无Cl-

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