(14分)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(I,II,III)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所
题型:不详难度:来源:
(14分)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(I,II,III)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。
(1)在0-30小时内,CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和vⅢ从大到小的顺序为 ; 反应开始后的12小时内,在第 种催化剂的作用下,收集的CH4最多。 (2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),该反应的ΔH="+206" kJ•mol-1将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器,某温度下反应达到平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10mol,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字) (3)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802kJ•mol-1 写出由CO2生成CO的热化学方程式 |
答案
(1)VⅢ>VⅡ> VⅠ;Ⅱ。 (2)三步计算可求CH4的转化率为:0.1/0.11=0.91 (3)CO2(g) +3H2O(g) =2O2(g) +CO(g)+3H2(g) △H="+1008" kJ•mol-1 |
解析
试题分析:(1)由图像可以看出,反应进行到30小时时,催化剂Ⅲ生成的甲烷最多,其次是催化剂Ⅱ,催化剂Ⅰ生成的甲烷最少。因此VI、VII和VIII从大到小的顺序为VIII>VII>VI>;同理由图像也可以看出,反应进行到12小时时,催化剂Ⅱ生成的甲烷最多,因此在第Ⅱ种催化剂的作用下,收集的CH4最多。 (2)设CH4、H2O的物质的量均为xmol,则 CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) 起始量(mol) x x 0 0 变化量(mol) 0.10 0.10 0.10 0.30 平衡量(mol) x- 0.10 x- 0.10 0.10 0.30 根据题意,则平衡常数K=c(CO)·c3(H2)/[c(CH4)·c(H2O)]=(0.10mol·L-1)·(0.30mol·L-1)3/[(x-0.10)mol·L-1·(x- 0.10)mol·L-1]=27(mol·L-1)2,则x=0.11mol,所以CH4的转化率为0.1/0.11=0.91。 (3)由热化学方程式①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH="+206" kJ•mol-1②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802kJ•mol-1,①-②得CO2(g) +3H2O(g) =2O2(g) +CO(g)+3H2(g) △H="+1008" kJ•mol-1。 点评:本题综合性强,是高考中的热点考题,主要考查学生的分析问题,解决问题的能力。 |
举一反三
下列叙述中,正确的是A.甲烷的标准燃烧热为890.3 kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为: CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1 | B.500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为: ΔH=-38.6 kJ·mol-1 | C.活化能的作用在于使反应物活化,所以化学反应的活化能不可能接近于零或等于零 | D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0 |
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(11分)以CO2为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点,下面为CO2加氢制取低碳醇的热力学数据: 反应I: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H = —49.0 kJ·mol-1 反应II:2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g) △H =" —173.6" kJ·mol-1 (1)写出由CH3CH2OH+_____2CH3OH的热化学方程式为:__________________。 (2)在一定条件下,对于反应I:在体积恒定的密闭容器中,达到平衡的标志是__ (填字母) a.CO2和CH3OH 浓度相等 b.H2O的百分含量保持不变 c.H2的平均反应速率为0 d.v正(CO2)=3v逆(H2) e.混合气体的密度不再发生改变 f. 混合气体的平均相对分子质量不再发生改变 如果平衡常数K值变大,该反应 (填字母) a.一定向正反应方向移动 b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小 c.一定向逆反应方向移动 d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大 其他条件恒定,如果想提高CO2的反应速率,可以采取的反应条件是 (填字母) , 达到平衡后,想提高H2转化率的是_______________(填字母) a、降低温度 b、补充H2 c、移去甲醇 d、加入催化剂 (3)在密闭容器中,对于反应II中,研究员以生产乙醇为研究对象,在5MPa、m= n(H2)/n(CO2)=3时,测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数(y%)如图所示,则表示CH3CH2OH体积分数曲线的是 ;表示CO2的体积分数曲线的是 。 (4)当质量一定时,增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率。上图是反应:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) 中NO的浓度随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线,若催化剂的表面积S1>S2 ,在上图中画出NO的浓度在T1、S2 条件下达到平衡过程中的变化曲线,并注明条件。 |
(8分)(1)已知断开1 mol H2中的化学键需吸收436 kJ热量,断开1 mol Cl2中的化学键需要吸收243 kJ能量,而形成1 molHCl分子中的化学键要释放431 kJ能量,试求1 mol H2与1 mol Cl2反应的能量变化。△H= 。 (2)已知常温时,0.1mol/L某一元酸HA在水中有0.1%发生电离,则该溶液的PH=___①___,此酸的电离平衡常数K=___②___,由HA电离出来的H+的浓度约为水电离出来的H+的浓度的__③__倍。 |
以NA代表阿伏加德罗常数,则关于下列热化学方程式的说法中,正确的是( )
A.有NA的个电子转移时,该反应放出1300KJ的能量 | B.有NA个水分子生成且为液体时,吸收1300KJ的能量 | C.有2NA个碳氧共用电子对生成时,放出1300KJ的能量 | D.有8NA个碳氧共用电子生成时,放出1300KJ的能量 |
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已知甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625 kJ·g-1。下列热化学方程式中不正确的是( )A.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H =-890kJ/mol | B.CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(l) △H=-445kJ/mol | C.CO2(g)+H2O(l)=CH4(g)+O2(g) △H= +445kJ/mol | D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H =-55.625kJ/mol |
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