我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。I.已知反应 Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g) ΔH=-23.5 k
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我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。 I.已知反应 Fe2O3(s)+ CO(g)![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220843-23008.jpg) Fe(s)+ CO2(g) ΔH=-23.5 kJ·mol-1,该反应在 1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1. 0mol,反应经过l0min后达到平衡。 (1)CO的平衡转化率=____________ (2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是________ a.提高反应温度 b.增大反应体系的压强 c.选取合适的催化剂 d.及时吸收或移出部分CO2 e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触 Ⅱ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇: CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220844-92711.png) (1)从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=________ (2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:
容器
| 反应物投入的量
| 反应物的 转化率
| CH3OH的浓度
| 能量变化 (Q1、Q2、Q3均大于0)
| 甲
| 1mol CO和2mol H2
| α1
| c1
| 放出Q1kJ热量
| 乙
| 1mol CH3OH
| α2
| c2
| 吸收Q2kJ热量
| 丙
| 2mol CO和4mol H2
| α3
| c3
| 放出Q3kJ热量
| 则下列关系正确的是________ A.c1=c2 B.2Q1=Q3 C.2α1=α3 D.α1+α2 =1 E.该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量 Ⅲ.以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220844-13256.png) (1)B极上的电极反应式为 (2)若用该燃料电池做电源,用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为 (标况下)。 |
答案
I.(1)60%(2分) (2)d(2分) Ⅱ.(1)0.15mol/(L·min) (2分)(单位出错给1分) (2) A D E (3分,有错选不得分) Ⅲ.(1) CH4 + 4O2— —8e—= CO2+ 2H2O;(2分) (2) 1.12 L(2分) |
解析
试题分析:I.(1)令平衡时CO的物质的量变化为nmol,则:
Fe2O3(s)+ CO(g)![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220844-74989.png) Fe(s)+ CO2(g) 开始(mol):1 1 变化(mol):n n 平衡(mol):1-n n+1 所以n+1/(1-n)=4,解得n=0.6,则CO的平衡转化率为0.6mol/1mol×100%=60%,故答案为:60%; (2)a.该反应正反应是放热反应,提高反应温度,平衡向逆反应移动,CO的平衡转化率降低,故a错误;b.反应前后气体的物质的量不变,减小容器的容积,增大压强平衡不移动,CO的平衡转化率不变,故b错误;c.加入合适的催化剂,平衡不移动,故c错误;d.移出部分CO2,平衡向正反应移动,CO的平衡转化率增大,故d正确;e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触,平衡不移动,故e错误;故选d; III(1)达到平衡时生成甲醇为:0.75mol/L,则消耗的c(H2)=2×0.75mol/L=1.5mol/L,v(H2)=△c/△t=1.5mol/L/10min=0.15mol/(L min)(2)A、甲、乙相比较,把乙等效为开始加入1mol CO和2mol H2,和甲是等效的,甲乙是等效平衡,所以平衡时甲醇的浓度c1=c2,故A正确;B、甲、丙相比较,丙中反应物的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2Q1<Q3,故B错误;C、甲、丙相比较,丙中反应物的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故a1<a3 ,故C错误;D、甲、乙处于相同的平衡状态,而且反应方向相反,则α1+α2="1" ,故D正确;E、甲、乙处于相同的平衡状态,而且反应方向相反,两个方向转化的和恰好为1mol,所以该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量,故E正确;故答案为:ADE;Ⅲ.(1)通入燃料甲烷的电极是负极,通入氧气的电极是正极。负极发生的电极式为CH4 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O。(2)电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O,阴极的反应式是: Cu2++2e-=Cu;2H++e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若两极收集到的气体体积相等,设其物质的量为X。则4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整个反应过程转移电子相等。电子的物质的量为0.4mol.由于每摩尔甲烷失去电子8摩尔,所以需要甲烷的物质的量为0.05摩尔。V(CH4)=0.05摩尔×22.4升/摩尔=1.12 升 。实际上消耗的甲烷体积比理论上大,可能原因是甲烷不完全被氧化,生成C或CO 或 电池能量转化率达不到100%。 |
举一反三
分碳和氮的许多化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。 (1)工业上生产硝酸所需要的一氧化氮常用氨气来制备,该反应的化学方程式为 。 (2)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[化学式为CO(NH2)2]。已知: ①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2 NH4(s) △H="-l59.5" kJ·mol-1 ②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H="+116.5" kJ·mol-1 ③H2O(1)=H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1 写出CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式 (3)以氨气代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点,已知氨燃料电池使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液,电池反应为:4NH3+3O2=2N2+6H2O。该电池负极的电极反应式为 ;每消耗3.4g NH3转移的电子数为 (阿伏加德罗常数的值用NA表示)。 (4)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) △H="Q" kJ·mol-1。 在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间(Min) 浓度(mol·L-1)
| 0
| 10
| 20
| 30
| 40
| 50
| NO
| 1.00
| 0.58
| 0.40
| 0.40
| 0.48
| 0.48
| N2
| 0
| 0.21
| 0.30
| 0.30
| 0.36
| 0.36
| CO2
| 0
| 0.21
| 0.30
| 0.30
| 0.36
| 0.36
| ①T1℃时,该反应的平衡常数K= ; ②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是 (填字母编号)。 a.加入一定量的活性炭 b.通人一定量的NO c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂 ③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则Q 0(填“>”或“<”)。 |
铜单质及其化合物在工业生产和科研中有重要作用。 (1)已知:2Cu2O(s) + O2(g) = 4CuO(s)△H=-292kJ·mol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ·mol-1 请写出用足量炭粉还原CuO(s)制备Cu2O(s)的热化学方程式: ; (2)现用氯化铜晶体(CuCl2·2H2O,含氯化亚铁杂质)制取纯净的CuCl2·2H2O。先将其制成水溶液,后按如图步骤进行提纯:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220836-63353.png) 已知Cu2+、Fe3+和Fe2+的氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH见下表
金属离子
| Fe3+
| Fe2+[来源:学&科&
| Cu2+
| 氢氧化物开始沉淀时的pH
| 1.9
| 7.0
| 4.7
| 氢氧化物完全沉淀时的pH
| 3.2
| 9.0
| 6.7
| 请回答下列问题: ①现有氧化剂NaClO、H2O2、KMnO4,X加哪种好,为什么? ;该反应的离子方程式为 。 ②溶液II中除Cu2+外,还有 金属离子,如何检验其存在 。 ③物质Y不能为下列的 a.CuO b.Cu(OH)2 c.CuCO3 d.Cu2(OH)2CO3 e.CaO f.NaOH ④若向溶液Ⅱ中加入碳酸钙,产生的现象是 。 |
为减小和消除过量CO2对环境的影响,一方面世界各国都在限制其排放量,另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。 (1)最近有科学家提出“绿色自由”构想:先把空气吹入饱和碳酸钾溶液,然后再把CO2从溶液中提取出,并使之变为可再生燃料甲醇。“绿色自由”构想技术流程如下:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220832-70150.jpg) 写出分解池中反应的化学方程式 。在合成塔中,当有4.4 kg CO2与足量H2 完全反应,可放出热量4947 kJ,写出合成塔中反应的热化学方程式 。 (2)以CO2为碳还可以制备乙醇,反应如下: 2CO2(g) + 6H2(g)= CH3CH2OH(g) + 3H2O(g) △H=-173.6kJ/mol 写出由CH3OH(g)合成CH3CH2OH(g)的反应的热化学方程式 。 (3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220832-68865.png) ①该电池正极的电极反应为 。 ②工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池总反应的化学方程式为 。当电子转移 mol时,参加反应的氧气的体积是6.72L(标准状况下)。 (4)以甲醇为燃料还可制作新型燃料电池,电池的正极通入O2,负极通入甲醇,用熔融金属氧化物MO作电解质(可传导O2-)。该电池负极发生的电极反应是 ;放电时,O2-移向电池的 (填“正”或“负”)极。 |
氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)上图是1 mol NO2气体和1 mol CO气体反应生成CO2气体和NO气体过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: ; 已知:N2 (g)+2NO2 (g) 4NO(g) △H=+292.3kJ·mol—1, 则反应: 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) 的△H= ; (2)一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中充入20 mol NO2和5 mol O2发生反应: 4NO2(g)+O2(g) 2N2O5(g);已知体系中n(NO2)随时间变化如下表:
t(s)
| 0
| 500
| 1000
| 1500
| n(NO2)(mol)
| 20
| 13.96
| 10.08
| 10.08
| ①写出该反应的平衡常数表达式:K= ,已知:K3000C>K3500C,则该反应是 反应(填“放热”或“吸热”); ②反应达到平衡后,NO2的转化率为 ,若要增大NO2的转化率,可采取的措施有 A.降低温度 B.充入氦气,使体系压强增大 C.再充入NO2 D.再充入4 mol NO2和1 mol O2 ③图中表示N2O5的浓度的变化曲线是 ,用O2表示从0~500s内该反应的平均速率v= 。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200107/20200107220821-39624.jpg) |
请用适当的化学用语填空。 (1)Na2CO3水解的离子方程式: ; (2)H2S电离方程式: ; (3)AlCl3水解的离子方程式: ; (4)在25℃、101 kPa下,l g甲烷完全燃烧生成CO2和液态水时放热55.6 kJ热量,写出表示甲烷燃烧热的热化学方程式: ; (5)碱性氢氧燃料电池的两极电极方程式 负极: ; 正极: 。 (6)写出NaHCO3溶液中的离子浓度关系 c(H+)+c(Na+)= ; c(Na+)= 。 |
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