二甲醚(DME)和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料,目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得。
(1)由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2 kJ·mol-1
则反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=kJ·mol-1。
(2)将合成气以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示:
①该反应的平衡常数表达式为;P1、P2、P3由大到小的顺序为。
②若反应在P3和316℃时,起始时n(H2)/n(CO)=3,则达到平衡时,CO的转化率50%(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数(K)的关系如表数据,
250℃时,将2 molCO和6 molH2充入2L的密闭容器中发生反应,反应时间与物质浓度的关系如图所示,则前10分钟内,氢气的平均反应速率为;若15分钟时,只改变温度一个条件,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,此时温度为(从上表中选),请在图中画出15—25分钟c (CH3OH)的变化曲线。
(4)利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚,原理是:CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O,CH3HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是。
甲醇、二甲醚等被称为绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚(CH3OCH3)。
(1)已知1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ,请写出二甲醚燃烧热的热化学方程式____________________________________________________________________。
(2)写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式__________________________________。
(3)用合成气制备二甲醚的反应原理为:2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定条件下,该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO)]的变化曲线如下左图:
①a、b、c按从大到小的顺序排序为_________________,该反应的△H_______0(填“>”、“<”)。
②某温度下,将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如上图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是;
A. P3>P2,T3>T2B. P1>P3,T1>T3 C. P2>P4,T4>T2D. P1>P4,T2>T3
③在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是;
A. 正反应速率先增大后减小 B. 逆反应速率先增大后减小
C. 化学平衡常数K值减小 D. 氢气的转化率减小
④ 某温度下,将4.0molCO和8.0molH2充入容积为2L的密闭容器中,反应达到平衡时,测得二甲醚的体积分数为25%,则该温度下反应的平衡常数K=__________。
B是一种五元环状化合物,其核磁共振氢谱只有一个峰;H的核磁共振氢谱有3个峰,峰面积之比为2:2:1;I是一种合成橡胶和树脂的重要原料。已知R是烃基,有关物质转化关系及信息如下:
请按要求回答下列问题:
(1)A的不含氧官能团为 _______________;③反应类型为____________________。
(2)B的结构简式为 __________________;H按系统命名法应命名为________________。
(3)写出下列反应的化学方程式:
⑦____________________________________________________________________。
⑨ ____________________________________________________________________。
(4)写出顺丁橡胶的结构简式_____________________________。顺丁橡胶弹性高,耐寒性好,而有机硅橡胶既耐高温又耐低温,合成路线如下:
二氯硅烷(CH3)2SiCl2二甲基硅二醇 (CH3)2Si(OH)2
硅橡胶
请写出缩聚的化学方程式__________________________________________________________。
(5)有机物J与F互为同分异构体,且具有相同的官能团种类和数目,写出所有符合条件的J的结构简式(不包括F):_________________________________________________________________。
Q、W、X、Y、Z是周期表前36号元素中的五种常见元素,其原子序数依次增大。W原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4,Q、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质,X是地壳中含量最高的金属元素,Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物。以下问题均有化学用语回答(1)Q单质的电子式为_______。
W、X、Y的离子半径由大到小的顺序为____(用离子符号回答)。
(2)X和Y组成的化合物放入水中反应的化学方程式是______________________________。
(3)Na2Y溶液中离子浓度由大到小的顺序为____________________________________________。(4)ZO在高温下被Q的简单气态氢化物还原为Z单质,写出反应的化学方程式____________。
(5)ZCl2溶液中混有FeCl3杂质时,可加入_____________(填试剂)调节pH=_________,再过滤。已知:Fe(OH)3的Ksp=10-35,化学上认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol/L时,沉淀就达完全。
(6)工业上可用高温条件下Z2Y + O2=2Z + YO2来冶炼金属Z,生成1molZ时转移____mol电子。
(14分)以下是一些物质的熔沸点数据(常压):
钾 |
钠 |
Na2CO3 |
金刚石 |
石墨 |
|
熔点(℃) |
63.65 |
97.8 |
851 |
3550 |
3850 |
沸点(℃) |
774 |
882.9 |
1850(分解产生CO2) |
--- |
4250 |
金属钠和CO2在常压、890℃发生如下反应:
4Na(g)+3CO2(g)2Na2CO3(1)+C(s,金刚石);△H=-1080.9kJ/mol
(1)上述反应的平衡常数表达式为;若4v正(Na)=3v逆(CO2),反应是否达到平衡(选填“是”或“否”)。
(2)若反应在10L密闭容器、常压下进行,温度由890℃升高到1860℃,若反应时间为10min,金属钠的物质的量减少了0.2mol,则10min里CO2的平均反应速率为。
(3)高压下有利于金刚石的制备,理由。
(4)由CO2(g)+4Na(g)=2Na2O(s)+C(s,金刚石) △H=-357.5kJ/mol;则Na2O固体与C(金刚石)反应得到Na(g)和液态Na2CO3(1)的热化学方程式:。
(5)下图开关K接M时,石墨作极,电极反应式为。当K接N一段时间后,测得有0.3mol电子转移,作出y随x变化的图象【x—代表n(H2O)消耗,y—代表n[Al(OH)3],反应物足量,标明有关数据】