1、 基本概念、基本理论综合题1煤直接燃烧的能量利用率较低，为提高其利用率，工业上将 煤 气化(转变成 CO 和 H2)后再合成乙醇、二甲醚等多种能源。(1)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流 量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。该电池的负极反应式为_。(2)煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚，其反应如下：2CO(g)4H 2(g)CH3OCH3(g)H 2O(g)。同时发生副反应：CO(g)2H 2(g)CH3OH(g)；CO(g) H 2O(g)CO2(g)H 2(g)。在温度为 250 、压强为 3.0 MPa 时，某工厂按投料比 V(H2)V(CO) a 进行生
2、产，平衡时反应体系中各组分的体积分数如下表：物质 H2 CO CO2 (CH3)2O CH3OH(g) H2O(g)体积分数0.54 0.045 0.18 0.18 0.015 0.03投料比 a_；250时反应 CO(g)H 2O(g)CO2(g)H 2(g)的平衡常数 K_。解析：(1)根据图示可知负极上发生乙醇氧化为乙酸的反应。 (2)根据碳原子守恒和氢原子守恒，可得原投料中 H2 和 CO 的物质的量之比为(0.5420.1860.0154 0.032) (0.0450.180.1820.015)121.140.61.9，即 a1.9。计算平衡常数时，体积分数可直接代替物质的量浓度进行
3、计算(同一体系中气体物质的体积分数之比等于物质的量浓度之比) ，故 K72。0.180.540.0450.03答案：(1)CH 3CH2OHH 2O 4e =CH3COOH4H (2)1.9 722 (2013汕头质量检测 )为了提高资源利用率，减少环境污染，化工集团将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链，如图所示。请填写下列空白。(1)钛铁矿进入氯化炉前通常采取洗涤、粉碎、烘干、预热等物理方法处理，请从 原理上解释粉碎的作用：_；已知氯化炉中氯气和焦炭的理论用料物质的量之比为 76，则氯化炉中还原剂的化学式是_。(2)已知：Mg(s)Cl 2(g)=MgCl2(s)H641 kJ/mol2Mg(s
4、)TiCl 4(s)= 2MgCl(s)Ti(s)H512 kJ/mol则 Ti(s)2Cl 2(g)=TiCl4(s) H _。(3)氩气通入还原炉中并不参与反应，通入 氩气的作用是_。(4)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为 2CH3OH3O 24OH =2CO 6H 2O，该电池中正极上的电极反23应式为_。来源:学。科。网Z。X。X 。K工作一段时间后，测得溶液的 pH_(填“减小” 、 “增大”或“不变”) 。解析：(1)粉碎反应物，可以增大其表面积，从而增大反应物之间的接触面积，提高反应速率；氯化炉中发生的反应为 6C7Cl 22
5、FeTiO 3=6CO2TiCl 42FeCl 3，由此可知 C 和 FeTiO3 为还原剂。(2)根据盖斯定律，由2得：Ti(s)2Cl 2(g)=TiCl4(s)；H770 kJ/mol。(3)氩气性质不活泼可以防止 Mg 和 Ti 等具有强还原性的物质被氧化。(4) 根据该电池的总反应式可知，反应过程中不断消耗 OH ，则该电池工作一段时间后，溶液的 pH 将减小。答案：(1)增大反应物间的接触面积，提高反应速率 C、FeTiO 3(2)770 kJ/mol(3)Mg 和 Ti 都有强还原性，在氩气氛围中可防止 Mg、Ti 被氧化(4)O22H 2O 4e =4OH (或 3O26H 2
6、O12e =12OH ) 减小3(2013北京西城区期末考试) 脱硫技术能有效控制 SO2 对空气的污染。(1)向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中 SO2 的含量，该反应的化学方程式是 _。(2)海水呈弱碱性，主要含有 Na 、K 、Ca 2 、Mg 2 、Cl 、SO 、Br 、HCO24等。 含 SO2 的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如图所示： 3向曝气池中通入空气的目的是_。通入空气后曝气池中海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是_。aCl bSO cBr dHCO24 3(3)用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2，将所得的 Na2SO3 溶液进行电解，可得到 NaOH，同时得到
7、H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。来源:学科网图中 a 极要连 接电源的_(填“正”或“负”)极， C 口流出的物质是_。SO 放电的电极反应式为_。23电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动的原理解释原因：_。解析：(1)煤燃烧时，石灰石在高温下分解产生 CaO 和 CO2，CaO 为碱性氧化物，可以与 SO2、O 2 反应生成 CaSO4，该反应的化学方程式是 2SO2O 22CaCO 32CaSO42CO 2。(2)SO 2 为酸性氧化物，海水呈弱碱性，曝气池中通入空= = = = = 气的目的是将 SO 、HSO 等氧化。通入空气后溶液中 SO 的浓度增大，HCO23 3
8、 24的浓度减小。(3) 电解 Na2SO3 溶液，根据图示，a 极应为阴极，要连接电源的负极， 3C 口流出的物质是硫酸。阴极的电极反应式为 2H 2e =H2，阳极的电极反应式为 SO 2e H 2O=SO 2H 。电解过程中 H 在阴极放电生成 H2，阴极区23 24存在平衡 H2OH OH ， c(H )减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强。答案：(1)2SO 2O 22CaCO 3 2CaSO42CO 2= = = = = (2)将 H2SO3、HSO 等氧化为 SO bd 3 24(3)负 硫酸SO 2e H 2O=SO 2H 23 24H 2OH OH ，在阴极 H 放电生成 H
9、2，c(H )减小，水的 电离平衡正向移动，碱性增强4(2013荆州质检)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中 X 为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：(1)甲烷燃料电池负极反应式为_ 。(2)石墨(C) 极的电极反应式为_。(3)若在标准状况下，有 2.24 L 氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体的体积为_L；丙装置中阴极析出铜的质量为_ g。(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或 Fe(OH)2 的实验装置(如图所示)。若用于制漂白液，a 为电池的_极，电解质溶液最好用)_ _。若用于制 Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电
10、解质溶液，阳极选用_作电极。解析：(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在 KOH 溶液中甲烷被氧化后生成碳酸钾，负极反应式为 CH48e 10OH =CO 7H 2O。(2) 电23池的负极与电解池的阴极相接，铁极为阴极，则 C 极为阳极，在 C 极上发生氧化反应，电极反应式为 2Cl 2e =Cl2。(3)n(O 2) 0.1 mol，甲池中正极反2.24 L22.4 Lmol 1应式为 O24e 2H 2O=4OH ，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为 0.4 mol。乙池中的铁极与甲池的负极相连，铁极为阴极，发生还原反应，电极反应式为 2H2O2e
11、 =2OH H 2，n(H 2) 0.2 mol，V(H 2)0.2 0.4 mol2mol22.4 Lmol1 4.48 L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu2 2e =Cu，n(Cu) 0.2 mol，m (Cu)0.2 mol64 gmol1 12.8 g。(4)漂0.4 mol2白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl 2H2O 2OH Cl 2H 2，Cl 22OH =Cl ClO H 2O，气= = = = =通 电 体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故 a 极
12、为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。答案：(1)CH 4 8e 10OH =CO 7H 2O23(2)2Cl 2e =Cl2(3)4.48 12.8(4)负 饱和氯化钠溶液(或饱和食盐水 ) 铁5(2013新课标全国卷节选) 二甲醚(CH 3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为 H2、CO 和少量的 CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：甲醇合成反应：()CO(g) 2H 2(g)=CH3OH(g)H190.1 kJmol 1()CO 2(g)3H 2(g)
13、=CH3OH(g)H 2O(g)H249.0 kJmol 1水煤气变换反应：()CO(g) H 2O(g)=CO2(g)H 2(g)H341.1 kJmol 1二甲醚合成反应：()2CH 3OH(g)=CH3OCH3(g)H 2O(g)H424.5 kJmol 1回答下列问题：(1)Al2O3 是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度 Al2O3 的主要工艺流程是_(以化学方程式表示 )。(2)分析二甲醚合成反应()对 于 CO 转化率的影响_。(3)有研究者在催化剂(含 CuZnAlO 和 Al2O3)、压强为 5.0 MPa 的条件下，由 H2 和CO 直
14、接制备二甲醚，结果如图所示。其中 CO 转化率随温度升高而降低的原因是_。(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg1 )。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生_个电子的电量；该电池的理论输出电压为 1.20 V，能量密度E_(列式计算。能量密度电池输出电能/燃料质量，1 kWh 3.6106 J)。解析：本题考查了物质的工业制备原理、热化学及电化学知识，意在考查考生综合分析问题和解决问题的能力。(1) 工业上用铝土矿制备较高纯度 Al2O3 的方法是先用NaOH 溶解铝土矿得到 N
15、aAl(OH)4(或 NaAlO2)溶液，然后再向溶液中通入过量 CO2 得到 Al(OH)3 沉淀，最后加热 Al(OH)3 即可得到 Al2O3。(2)与 CO 转化有关的反应有反应( )、反应 ()，这两个反应中的甲醇、H 2O 又出现在反应 ()中，故当反应( )消耗甲醇时，有利于反应()向右进行，提高 CO 转化率；当反应()中生成较多的水时，能促使反应()向右进行， 提高 CO 转化率。(3)由于 CO 与 H2 直接制备二甲醚的反应是一个放热反应，因此温度升高，反应向逆反应方向移动，从而使 CO 的转化率降低。(4) 放电时，二甲醚中的碳元素转化为 CO2，先写出 CH3OCH3
16、12e 2CO 2，再结合电荷守恒、质量守恒配平后得：CH 3OCH33H 2O12e =2CO212H 。由能量密度单位知，能量密度是指 1 kg 物质在反应中所能提供的电量，故有 1 kg 二甲醚物质的量为 1 000/46 mol，它共失去的电子为 121 000/46 mol，故其能量密度为 1.20 V12 96 500 Cmol1 (3.6106JkW1 h1 )1 kg8.39 kWhkg 1 。1 000 g46 gmol 1答案：(1)Al 2O3(铝土矿)2NaOH3H 2O=2NaAl(OH)4、NaAl(OH) 4CO 2=Al(OH)3NaHCO 3、 2Al(OH)
17、3 Al2O33H 2O (2) 消耗甲醇，促进甲醇合成反应 ()= = = = = 平衡右移，CO 转化率增大；生成的 H2O，通过水煤气变换反应( )消耗部分 CO (3)反应放热，温度升高，平衡 左移(4)CH3OCH33H 2O=2CO212H 12e 12(3.6106JkW1 h1 )8.39 kWhkg 11.20 V1 000 g46 gmol 1 1296 500 Cmol 11 kg6(2013开封模拟)氮是地球上含量丰富的一种元素，氨、肼(N 2H4)和叠氮酸都是氮元素的重要氢化物，在工农业生产 、生 活中有着重大作用。(1)合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化
18、学工业技术也产生了重要影响。在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N 2(g)3H 2(g) 2NH3(g) 催 化 刘 H 0，其平衡常数 K 与温度 T 的关系如下表。T/K 298 398 498平衡常数 K 4.1106 K1 K2则该反应的平衡常数的表达式为_；判断 K1_K2(填“” 、 “”或“”) 。下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是_( 填字母) 。a容器内 N2、H 2、NH 3 的浓度之比为 132bv(N 2)正 3v (H2)逆c容器内压强保持不变d混合气体的密度保持不变一定温度下，在 1 L 密闭容器中充入 1 mol N2 和 3 mol H2 并发生上述
19、反应。若容器容积恒定，10 min 达到平衡时，气体的总物质的量为原来的 ，则 N2 的转化率为78_，以 NH3 的浓度变化表示该过程的反应速率为 _。 来源:学科网 ZXXK(2)肼可用于火箭燃料、制药原料等。在火箭推进器中装有肼(N 2H4)和液态 H2O2，已知 0.4 mol 液态 N2H4 和足量液态H2O2 反应，生成气态 N2 和气态 H2O，放出 256.6 kJ 的热量。该反应的热化学方程式为_ _ _。一种肼燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时负极的电极反应式为_。加热条件下用液态肼(N 2H4)还原新制 Cu(OH)2 来制备纳米级 Cu2O，同时放出 N2。该反应
20、的化学方程式_。肼与亚硝酸(HNO 2)反应可生成叠氮酸，8.6 g 叠氮酸完全分解 可放出 6.72 L 氮气( 标准状况下) ，则叠氮酸的分子式为 _。来源:学科网 ZXXK解析：根据化学方程式可写出该反应的平衡常数表达式，该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，平衡常数减小，故 K1K 2。当 N2、H 2、NH 3 的浓度之比为132 时，不一定为平衡状态，a 项错误；当 3v(N2)正 v(H 2)逆 时为平衡状态，b 项错误；该反应为气体体积减小的反应，当压强不变时一定达到平衡状态，c 项正确；该体系中气体的质量不发生变化，容器体积不发生变化，故混合气体的密度不变，d项错误。设转化的
21、 N2 的物质的量为 x mol，则有：N 2(g)3H 2(g)2NH3(g)起始(mol) 1 3 0转化(mol) x 3x 2x平衡(mol) 1x 33x 2x根据平衡时气体的总物质的量为原来的 ，可得 x0.25，则 N2 的转化率为 25%，78v(NH3) 0.05 mol/(Lmin)。0.5 mol10 min1 L(2)由题中信息可写出该反应的热化学方程式。在原电池中，阳离子移向正极，故N2H4 所在的电极为负极，发生氧化反应，其电极反应式为N2H44OH 4e =N2 4H2O。根据氧化还原反应原理及质量守恒定律可写出N2H4 与 Cu(OH)2 反应的化学方程式；由于 N2 为 0.3 mol，则氮气质量为 8.4 g，又因叠氮酸的质 量为 8.6 g，则叠氮酸中氢元素的质量为 0.2 g，从而可推知叠氮酸中 H、N的原子个数比为 13，则其分子式为 HN3。答案：(1) c 25% 0.05 mol/(Lmin)c2NH3cN2c3H2(2)N 2H4(l)2H 2O2(l)=N2(g)4H 2O(g)来源:学.科.网 Z.X.X.KH641.5 kJ/m olN 2H44OH 4e =N24H 2O4Cu(OH) 2N 2H4 2Cu2ON 26H 2O HN 3= = = = =
