科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直...

科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1和726.5kJ·mol-1。回答下列问题：

（1）用太阳能分解100g水消耗的能量是_______kJ。

（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为____________。

（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T1、T2均大于300℃）；下列说法正确的是________（填序号）。

①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=mol·L-1·min-1

②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

③该反应为放热反应

④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大

（4）在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为___________。

（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_____________。理想状态下，该燃料电池消耗1molCH3OH所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为___________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。

1588 kJ CH3OH(l) ＋O2(g) ===CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝-443.5kJ·mol-1 ③④ （2－a）/2 CH3OH－6e-＋H2O===CO2＋6H＋ 96.64% 【解析】（1）由氢气的燃烧热可知水分解吸收的能量，然后利用化学计量数与反应热的关系来计算；（2）根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；（3）根据图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T1、T2，再利用影响平衡的因素来分析解答；（4）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；（5）根据燃料电池原理及电解质溶液的酸碱性书写电极反应式，根据题给表达式计算理论效率。（1）由H2(g)的燃烧热△H为−285.8 kJ·mol-1知，1molH2(g)完全燃烧生成1molH2O(l)放出热量285.8kJ，根据化学计量数及能量守恒原理分析知分解1mol H2O(l)为1mol H2(g)消耗的能量为285.8kJ，则分解100gH2O(l)消耗的能量为285.8kJ×=1588 kJ，故答案为：1588 kJ；（2）由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为−283.0 kJ·mol-1和−726.5 kJ·mol-1，则 ①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=−283.0 kJ·mol-1 ②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=−726.5 kJ·mol-1 由盖斯定律可知用②−①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，该反应的反应热△H=−726.5kJ·mol-1−(−283.0kJ·mol-1)=−443.5kJ·mol-1，故答案为：CH3OH(l) ＋O2(g) ===CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝-443.5kJ·mol-1；（3）根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2>T1，由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1，又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2⇌CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T1时的平衡常数比T2时的大，③、④正确；②中该反应在T1时的平衡常数比T2时的大，则②错误，①中按照其计算速率的方法可知反应速率的单位错误，应为mol·min−1，则①错误，故答案为：③④；（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，则容器内的压强与起始压强之比为 =(2－a)/2，故答案为：(2－a)/2；（5）甲醇燃料电池中，甲醇为负极，失去电子发生氧化反应，电解质为酸性所以产物为CO2，故电极反应式为：CH3OH－6e-＋H2O=CO2＋6H＋；根据甲醇的燃烧热及能量守恒定律分析，1mol甲醇作为燃料电池的燃料所释放的全部能量为726.5kJ，则理论效率为：，故答案为：CH3OH－6e-＋H2O=CO2＋6H＋；96.64%。

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考点分析：

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硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。

Ⅰ．已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5•H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：

（1）硼砂中B元素的化合价为________，将硼砂溶于热水后，用硫酸调节溶液的pH为2～3以制取H3BO3，该反应的离子方程式为______________________；X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为___________________。

（2）由MgCl2·6H2O制备MgCl2时，需要在HCl氛围中加热，其目的是__________。

（3）Mg—H2O2酸性燃料电池的反应原理为Mg＋H2O2＋2H+===Mg2+＋2H2O。常温下，若起始电解质溶液pH＝1，则pH＝2时，溶液中所含Mg2+的物质的量浓度为__________；已知常温下，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10-12，当电解质溶液的pH＝6时，_____（填“有”或“无”）Mg(OH)2沉淀析出（忽略反应过程中溶液的体积变化）。

Ⅱ．工业上可用纳米MgH2和LiBH4组成的体系储放氢，如图所示。

（4）写出放氢过程中发生反应的化学方程式____________________。

Ⅲ．MgO浆液是一种高活性的脱硫剂，常用于脱除烟气中的SO2，发生的主要反应如下：

Mg(OH)2＋SO2===MgSO3＋H2O

MgSO3＋SO2＋H2O===Mg(HSO3)2

Mg(HSO3)2＋Mg(OH)2===2MgSO3＋2H2O

2MgSO3＋O2===2MgSO4

已知25 ℃时，Ksp(MgSO3)＝3.86×10-3，Ksp(CaSO3)＝3.1×10-7。

（5）其他条件相同时，镁基和钙基的脱硫效率与液、气摩尔流量比的变化情况如图所示。镁基的脱硫效率总是比钙基的大，除生成的MgSO4具有良好的水溶性外，还因为______________________。

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下表为元素周期表的一部分。

碳	氮	Y
X		硫	Z

回答下列问题：

（1）X与Z两元素的单质反应生成1molX的最高价化合物，恢复至室温，放热687kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为 -69℃和58℃，写出该反应的热化学方程式___________。

（2）碳与镁形成的1mol化合物Q与水反应，生成2molMg(OH)2和1mol烃，该烃分子中碳氢质量比为9∶1，其电子式为______________。

（3）铜与一定浓度的硝酸和硫酸的混合酸反应，生成的盐只有硫酸铜，同时生成的两种气体均由表中两种元素组成，气体的相对分子质量都小于50。为防止污染，将产生的气体完全转化为最高价的含氧酸盐，消耗1.0L 2.2mol•L-1NaOH溶液和1.0molO2，则两种气体中相对分子质量小的气体物质的量为___________。

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硫酸亚铁铵(NH4)aFeb(SO4)c•dH2O又称莫尔盐，是浅绿色晶体。用硫铁矿（主要含FeS2、SiO2等）制备莫尔盐的流程如下：

已知：“还原”时，FeS2与H2SO4不反应，Fe3+通过反应Ⅰ、Ⅱ被还原，反应Ⅰ如下：FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O =15Fe2+ + 2SO42— + 16H+

（1）写出“还原”时Fe3+与FeS2发生还原反应Ⅱ的离子方程式：______。实验室检验“还原”已完全的方法是_______________。

（2） “还原”前后溶液中部分离子的浓度见下表（溶液体积变化忽略不计）：

离子	离子浓度（mol·L－1）
还原前	还原后
SO42－	3.20	3.40
Fe2+	0.05	2.15

请计算反应Ⅰ、Ⅱ中被还原的Fe3+的物质的量之比______。

（3）称取11.76g新制莫尔盐，溶于水配成250mL溶液。取25.00 mL该溶液加入足量的BaCl2溶液，得到白色沉淀1.398 g；另取25.00 mL该溶液用0.0200 mol/L KMnO4酸性溶液滴定，当MnO4－恰好完全被还原为Mn2+时，消耗溶液的体积为30.00mL。试确定莫尔盐的化学式_________________（请写出计算过程）。

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室温下，用相同浓度的NaOH溶液，分别滴定浓度均为0.1mol·L－1的三种酸(HA、HB和HD)溶液，滴定的曲线如图所示，下列判断错误的是( )

A.三种酸的电离常数关系：KHA>KHB>KHD

B.滴定至P点时，溶液中：c(B－)>c(Na＋)>c(HB)>c(H＋)>c(OH－)

C.pH=7时，三种溶液中：c(A－)=c(B－)=c(D－)

D.当中和百分数达100%时，将三种溶液混合后：c(HA)＋c(HB)＋c(HD)=c(OH－)－c(H＋)

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H2C2O4是一种二元弱酸。常温下向H2C2O4溶液中滴加NaOH溶液，混合液中lgX随pH的变化关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.线Ⅰ中X表示的是

B.线Ⅰ、Ⅱ的斜率均为1

C.c(HC2O42-) > c(C2O42-) > c(H2C2O4)对应溶液pH：1.22 < pH < 4.19

D.c(Na＋)＝c(HC2O4-)＋2c(C2O42-)对应溶液的pH＝7

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试题属性

题型：综合题
难度：中等