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
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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ΔH=+206 kJ·mol-1。 ①画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。 ②将等物质的量的CH4和 H2O(g)充入 1 L 恒容密闭反应器中,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 0.10 mol,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=-802 kJ·mol-1。 写出由 CO2生成 CO 的热化学方程式____________________________________ |
答案
(1)vⅢ>vⅡ>vⅠ Ⅱ (2)①
②91% (3)CO2(g)+3H2O(g)=CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+1008 kJ· mol-1 |
解析
本题考查化学反应速率和化学平衡,意在考查考生的识图能力、三段式解决化学平衡问题能力和盖斯定律的使用。(1)0~30小时内,CH4的平均速率=,由图可知,30小时内CH4的产量Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,即CH4的平均生成速率的关系为vⅢ>vⅡ>vⅠ;前12小时内在第Ⅱ种催化剂作用下,收集的CH4最多。 (2)①该反应中,CH4的用量越多,吸收的热量越多,二者成正比例关系,标注反应热注意二者的对应关系。 ②假设CH4和H2O的起始量均为x mol,结合平衡时n(CO)=0.10 mol,有: CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) 起始浓度(mol·L-1) x x 0 0 变化量(mol·L-1) 0.10 0.10 0.10 0.30 平衡浓度(mol·L-1) x-0.10 x-0.10 0.10 0.30 结合K===27, 解得x=0.11 mol·L-1, CH4的转化率=×100%=91%。 (3)结合题目所给的两个热化学反应方程式,根据盖斯定律,将两方程式作差即可。 |
举一反三
一种“人工固氮”的新方法是在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂表面与水发生反应生成NH3:N2+3H2O2NH3+O2 进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(反应时间3 h):
T/℃
| 30
| 40
| 50
| 生成NH3量/(10-6 mol)
| 4.8
| 5.9
| 6.0
| 请回答下列问题: (1)50℃时从开始到3 h内以O2物质的量变化表示的平均反应速率为________ mol·h-1。 (2)该反应过程与能量关系可用如图表示,则反应的热化学方程式是____________。
(3)与目前广泛应用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率较慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议:_______________________________________。 (4)工业合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。在某压强恒定的密闭容器中加入2 mol N2和4 mol H2,达到平衡时,N2的转化率为50%,体积变为10 L。求: ①该条件下的平衡常数为________; ②若向该容器中加入a mol N2、b mol H2、c mol NH3,且a、b、c均大于0,在相同条件下达到平衡时,混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同。反应放出的热量________(填“>”“<”或“=”)92.4 kJ。 |
下列热化学方程式正确的是( )A.2SO2+O22SO3 ΔH=-196.6 kJ·mol-1 | B.C(g)+O2(g)=CO(g) ΔH=393.5 kJ·mol-1 | C.H2(g)+O2(g)=H2O(g) ΔH=-241.8 kJ | D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1 |
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50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和反应的反应热。 回答下列问题: (1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃仪器是 。
(2)烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是 。 (3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和反应的反应热的数值 (填“偏大” “偏小”或“无影响”)。 (4)实验中改用55 mL 0.50 mol·L-1盐酸跟50 mL 0.55 mol·L-1NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”)。 (5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和反应的反应热数值会 (填“偏大”“偏小”或“无影响”) |
研究表明丰富的CO2完全可以作为新碳源,解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机,同时又可缓解由CO2累积所产生的温室效应,实现CO2的良性循环。 (1)目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5 mol CO2和1.5 mol H2转化率达80%时的能量变化示意图。
①写出该反应的热化学方程式: 。 ②能判断该反应达到化学平衡状态的依据是 。 a.容器中压强不变 b.H2的体积分数不变 c.c(H2)=3c(CH3OH) d.容器中密度不变 e.2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂。 (2)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料.下图是通过人工光合作用制备HCOOH原理的示意图。根据要求回答问题:
①该过程是将 转化为 。(以上两空选填“电能”“太阳能”“化学能”) ②催化剂b表面的电极反应方程式为 。 (3)某国科研人员提出了使用氢气和汽油(汽油化学式用C8H18表示)混合燃料的方案,以解决汽车CO2的排放问题。该方案主要利用储氢材料CaH2产生H2和用汽油箱贮存汽油供发动机使用,储氢系统又捕集汽油燃烧产生的CO2,该系统反应如下图所示:
解决如下问题: ①写出CaH2的电子式 。 ②反应1中氧化剂与还原剂的物质的量之比是: 。 ③如该系统反应均进行完全,试写出该系统总反应的化学方程式 。 |
下列说法正确的是( )A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 | B.若反应为放热反应,则该反应不必加热就可发生 | C.放热反应比吸热反应容易发生 | D.化学反应都伴随着能量的变化 |
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