研究CO2与CH4,反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义。(1)已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566k
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研究CO2与CH4,反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义。 (1)已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-890kJ/mol 则:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=____________。
(2)在密闭容器中通人物质的量浓度均为0.1mol/L的CH4与CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图1: ①下列事实能说明该反应一定达到平衡的是 。 a.CO2的浓度不再发生变化 b.υ正(CH4)=2υ逆(CO) c.混合气体的平均相对分子质量不发生变化 d.CO与H2的物质的量比为1:1 ②据图可知,P1、P2、P3、P4由大到小的顺序为 。 ③在压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡x点,则用CO表示该反应的速率为 ,该温度下,反应的平衡常数为 。 (3)用CO与H2可合成甲醇(CH3OH),以甲醇和氧气反应制成的燃料电池如图2所示,该电池工作程中O2应从 (填“c或一b”)口通人,电池负极反应式为 ,若用该电池电解精炼铜,每得到6. 4g铜,转移电子数目为 。 |
答案
(16分)(1)+160kJ/mol(2分) (2)①a、c(2分) ②P4>P3>P2>P1(2分) ③0.032mol/(L•min);1.64(2分) (3)c(2分);CH3OH+H2O-12e-=CO2↑+6H+(2分);1.204×1023或0.2NA(2分) |
解析
试题分析:(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566kJ/mol、②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol、③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-890kJ/mol,因此根据盖斯定律可知,③-①-②即得反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),所以该反应的反应热△H=-890kJ/mol+566kJ/mol+484kJ/mol=+160kJ/mol。 (1)①在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。根据方程式CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)可知,该反应是体积增大的可逆反应,则a.平衡时反应混合物各组分的浓度不变,CO2的浓度不再发生变化,说明到达平衡,故a正确;b.υ正(CH4)=2υ逆(CO),则υ正(CH4):υ逆(CO)=2:1,不等于化学计量数之比,未处于平衡状态,正反应速率大于逆反应速率,平衡向正反应进行,故b错误;c.混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值。反应混合物的总质量不变,随反应进行,反应混合物的总的物质的量增大,平均相对分子质量减小,混合气体的平均相对分子质量不发生变化,说明到达平衡,故c正确;d.CO与H2的化学计量数为1:1,反应数值按物质的量比为1:1进行,不能说明到达平衡,故d错误,答案选ac。 ②根据图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4)。由于该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强P1、P2、P3、P4由大到小的顺序为P4>P3>P2>P1。 ③根据图1可知,压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡X点,此时甲烷的转化率为80%,因此甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L,故v(CH4)==0.016mol/(L•min)。根据速率之比等于化学计量数之比可知,v(CO)=2v v(CH4)=2×0.016mol/(L•min)=0.032mol/(L•min)。 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) 起始浓度(mol/L) 0.1 0.1 0 0 转化浓度(mol/L) 0.08 0.08 0.16 0.16 平衡浓度(mol/L) 0.02 0.02 0.16 0.16 所以该温度下平衡常数K===1.64 (3)由图2可知,氢离子由左边转移到右边,左边有气体生成,故左边发生氧化反应,右边发生还原反应,反应中氧气得到电子,发生还原反应,故氧气在c口通入,电极总反应式为 2CH3OH+3O2=2CO2↑+4H2O,正极电极反应式为3O2+12H++12e-=6H2O,总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式为:CH3OH+H2O-12e-=CO2↑+6H+。铜的物质的量为6.4g÷64g/mol=0.1mol,根据电子转移守恒可知,转移电子等于铜离子转化为铜获得的电子,故转移电子数目为0.1mol×2×NAmol-1=0.2NA。 |
举一反三
近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展。 (1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程式为_________。 (2)合成甲醇的一种方法是以CO和H2为原料,其能量变化如图所示:
由图可知,合成甲醇的热化学方程式为________________________________________。 (3)以CO2为原料也可以合成甲醇,其反应原理为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ①在lL的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在500℃下发生反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时问变化如图所示:
则下列说法正确的是_________________(填字母);A.3min时反应达到平衡 | B.0~10min时用H2表示的反应速率为0.225mol·-1·min-1 | C.CO2的平衡转化率为25% | D.该温度时化学平衡常数为(mol/L)-2 | ②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
| 容器1
| 容器2
| 容器3
| 反应物投入量(始态)
| 1molCO2、3molH2
| 0.5molCO2、1.5molH2
| 1molCH3OH、1molH2O
| CH3OH的平衡浓度/mol•L-1
| c1
| c2
| c3
| 平衡时体系压强/Pa
| p1
| p2
| p3
| 则下列各量的大小关系为c1___________c3,p2_________p3(填“大于”、“等于”或“小于”)。 (4)近年来,甲醇燃料电池技术获得了新的突破,如图所示为甲醇燃料电池的装置示意图。电池工作时,分别从b、c充入CH3OH、O2,回答下列问题:
①从d处排出的物质是___________,溶液中的质子移向电极__________(填“M”或“N”); ②电极M上发生的电极反应式为__________________________。 |
SO2、NO、NO2、CO都是污染大气的有害气体,对其进行回收利用是节能减排的重要课题。 (1)上述四种气体中直接排入空气时会引起酸雨的有__________(填化学式)。 (2)已知:2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol O2(g)+2NO(g)=2NO2(g);△H=-113.0kJ/mol ①反应:NO2(g) +SO2(g)= SO3(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。 ②一定条件下,将NO2和SO2以体积比1:1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应: NO2(g) +SO2(g)SO3(g) +NO(g), 下列不能说明反应达到平衡状态的是_____(填字母)。 a.体系压强保持不变 b.混合气体的颜色保持不变 c.NO的物质的量保持不变 d.每生成1molSO3的同时消耗1molNO2 (3)CO可用于合成甲醇,其反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H2,在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。
①上述合成甲醇的反应为______(填“放热”或“吸热”)反应。 ②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为___________。 ③若达到平衡状态A时,容器的体积为10L,则在平衡状态B时容器的体积为_____L。 (4)某研究小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。
①该电池工作时,OH-向______(填“a”或“b”)极移动。 ②电池工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的离子方程式为__________________。 |
硫及其化合物在自然界中广泛存在,运用相关 原理回答下列问题: (1)如图表示一定温度下,向体积为10L的密闭容器中充入1molO2和一定量的SO2后,SO2和SO3(g)的浓度随时间变化的情况。 ①该温度下,从反应开始至平衡时氧气的平均反应速率是 ; ②该温度下,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为 。 (2)以黄铜矿(主要成分CuFeS2)为原料,经焙烧、熔炼等使铁元素及其他有关杂质进入炉渣,将铜元素还原为铜。发生的主要反应为: 2Cu2S(s)+3O2(g) = 2Cu2O(s)+2SO2(g) △H ="-768.2" kJ·mol-1 2Cu2O(s)+ Cu2S (s) = 6Cu(s)+SO2(g) △H ="+116.0" kJ·mol-1 ①“焙烧”时,通入少量空气使黄铜矿部分脱硫生成焙砂(主要成分是Cu2S和FeS,其物质的量比为1:2)和SO2,该反应的化学方程式为: 。 ②在熔炼中,Cu2S与等物质的量的O2反应生成Cu的热化学方程式为: 。
(3)用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义,将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。 如图,是电解产生多硫化物的实验装置: ①已知阳极的反应为:(x+1)S2-=SxS2-+2xe-,则阴极的电极反应式是: 。 当反应转移xmol电子时,产生的气体体积为 (标准状况下)。 ②将Na2S·9H2O溶于水中配制硫化物溶液时,通常是在氮气气氛下溶解。其原因是(用离子反应方程式表示): 。 |
下列关于各图的叙述中,正确的是
A.图甲表示1mol H2 (g)完全燃烧生成水蒸气吸收241.8 kJ热量 B.图甲表示2 mol H2(g)所具有的能量比2 molH2O(g)所具有的能量多483.6 kJ C.图乙表示常温下稀释HA、HB两种酸的稀溶液时,溶液pH随加水量的变化,则同温、同浓度的NaA溶液的pH小于NaB溶液的pH D.图乙中起始时HA的物质的量浓度大于HB |
碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。 (1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。 ①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) ΔH1= +489.0 kJ/mol C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH2=+172.5 kJ/mol 则CO还原Fe2O3的热化学方程式为 ; ②氯化钯(PdCl2)溶液常被应用于检测空气中微量CO。PdCl2被还原成单质,反应的化学方程式为 ; (2)将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入C3H8和O2构成丙烷燃料电池。 ①负极电极反应式是: ; ②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如下图所示),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。下列说法中正确的是 (填序号)
A.电源中的a一定为正极,b一定为负极 B.可以用NaCl溶液作为电解液 C.A、B两端都必须用铁作电极 D.阴极发生的反应是:2H++2e-=H2↑ (3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组
| 温度/℃
| 起始量/mol
| 平衡量/mol
| 达到平衡所需时间/min
| H2O
| CO
| CO2
| 1
| 650
| 2
| 4
| 1.6
| 5
| 2
| 900
| 1
| 2
| 0.4
| 3
| 3
| 900
| 1
| 2
| 0.4
| 1
| ①该反应的正反应为 (填“吸”或“放”)热反应; ②实验2中,平衡常数K= ; ③实验3跟实验2相比,改变的条件可能是 (答一种情况即可); (4)将2.4g碳在足量氧气中燃烧,所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中,完全吸收后,溶液中所含离子的物质的量浓度由大到小的顺序 。 |
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