CO2是生活中常见的化合物之一,随着世界工业经济的发展、人口的剧增,全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题,人类对CO2的性质研究和综合利用日益重视。Ⅰ.在
题型:不详难度:来源:
CO2是生活中常见的化合物之一,随着世界工业经济的发展、人口的剧增,全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题,人类对CO2的性质研究和综合利用日益重视。 Ⅰ.在催化剂作用下,可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯(DMC):CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O,但甲醇转化率通常不会超过1%,这是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下,通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为:TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。 (1)根据反应温度对TON的影响图(相同时间内测定),判断该反应的焓变△H________0(填“>”、“=”或“<”),理由是____________________________________。
(2)根据反应时间对TON的影响图(上图),已知溶液总体积10mL,反应起始时甲醇0.25mol,催化剂0.6×10—5 mol,计算该温度下,4~7 h内DMC的平均反应速率:________。 (3)根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图(见上右图),判断下列说法正确的是 。 A.由甲醇和CO2直接合成DMC,可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO2 转化为资源,在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义 B. 在反应体系中添加合适的脱水剂,将提高该反应的TON C. 当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加,甲醇的平衡转化率显著提高 D. 当催化剂用量高于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加DMC的产率反而急剧下降 Ⅱ.如果人体内的CO2不能顺利排除体外会造成酸中毒,缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响,人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系(H2CO3/HCO3-)维持pH稳定。己知正常人体血液在正常体温时,H2CO3的一级电离常数Ka1=10-6.1,c(HCO3-):c(H2CO3)≈20:1,lg2=0.3。 (4)由题给数据可算得正常人体血液的pH________(保留一位小数)。 (5)正常人体血液中H2CO3、HCO3-、OH-、H+四种微粒浓度由大到小关系为: 。 (6)当少量的酸、碱进入血液中时,血液pH变化不大,其原因是 。 |
答案
(1)<; 经过相同的反应时间,温度较低时,反应未达到平衡;温度较高时,反应已达到平衡,随着温度升高,TON减小,即平衡向左移动,说明该反应放热 (2)1×10-3 mol·L-1·h-1 (3)AB (4) 7.4 (5)c(HCO3-)>c(H2CO3)>c(OH-)>c(H+) (6)当少量酸进入血液中时,HCO3-就与H+发生反应来维持血液的pH稳定,当少量碱进入血液中时,H2CO3就与OH_发生反应来维持血液的pH稳定 |
解析
试题分析:(1)根据图像可知,经过相同的反应时间,温度较低时,反应未达到平衡;温度较高时,反应已达到平衡,随着温度升高,TON减小,即平衡向左移动,说明该反应放热。 (2)根据图像可知,4~7 h内DMC变化量为30-20=10,则根据TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量可知,转化的甲醇物质的量是0.6×10—5 mol×10=6×10—5 mol,其浓度是6×10—5 mol÷0.01L=6×10—3 mol/L,生成DMC的浓度是3×10—3 mol/L,所以4~7 h内DMC的平均反应速率=3×10—3 mol/L÷3h=1×10-3 mol·L-1·h-1。 (3)A、由甲醇和CO2直接合成DMC,可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO2 转化为资源,在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义,A正确;B、在反应体系中添加合适的脱水剂,可以降低生成物水蒸气的浓度,促使平衡向正反应方向进行,甲醇的转化率增大,因此将提高该反应的TON,B正确;C、根据TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量可知,TON与甲醇转化的量以及催化剂的量均有关系,所以当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加,甲醇的平衡转化率不一定烃提高,C不正确;D、催化剂不能改变平衡状态,因此DMC的产率与催化剂无关系,D不正确,答案选AB。 (4)Ka= ,Ka=10-6.1mol•L-1,正常血液中c(HCO3-):c(H2CO3)≈20:1,则c(H+)=10-7.4mol•L-1,则pH=7.4。 (5)根据(4)中分析可知正常人体血液显碱性,c(OH-)>c(H+)。已知Ka==10-6.1,血液样品pH为7.4,则c(H+)=10-7.4mol/L,所以 =10−6.1÷10−7.4=101.3,因此血液中H2CO3、HCO3-、OH-、H+四种微粒浓度由大到小关系为c(HCO3-)>c(H2CO3)>c(OH-)>c(H+)。 (6)血液中存在H2CO3HCO3-+H+平衡,酸性增强时,血液中氢离子浓度增大,电离平衡逆向移动,碱性增强时氢氧根离子浓度增大,平衡正向移动,因此可以维持血液的pH稳定。 |
举一反三
工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:CO2+3H2CH3OH+H2O。请回答下列问题: (1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示: 写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式__ _。 该反应的△S____0(填“>”或“<”或“=”),在 ______情况下有利于该反应自发进行。 (2)如果上述反应方程式的平衡常数K值变大,则该反应__ (选填编号)。 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 (3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,能说明反应已达到平衡状态的是 __ (选填编号)。 A.3v正(H2)=v逆(CO2) B.C(H2) = C(CO2) C.容器内气体的密度不变 D.容器内压强不变 (4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0 min,容器内气体的密度增大了2.0g/L,在这段时间内CO2的平均反应速率为 。反应在t1时达到平衡,过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线右图所示。保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡)。
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某温度下,对可逆反应2X(g) + Y(g) 3Z(g) + W(s) ΔH>0 的叙述正确的是A.加入少量W,逆反应速率增大,平衡向左移动 | B.增大压强,正反应速率增大,逆反应速率减小 | C.温度、体积不变,充入He气增大压强,反应速率会加快 | D.升高温度,混合气体的平均相对分子质量减小 |
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(14分 每空2分)化工原料红矾钠(重铬酸钠:Na2Cr2O7·2H2O)主要是以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3,还含有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产,其主要工艺流程如下:
步骤①中主要反应的化学方程式如下: 4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2 (1) ①中反应是在回转窑中进行的,反应时需不断搅拌,其作用是 。 (2) 杂质Al2O3在①中转化的化学反应方程式为 。 (3) 用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是 (用离子方程式结合文字说明),若调节pH过低产生的影响是 。 (4) ⑤中酸化是使CrO42-转化为Cr2O72-写出该反应的离子方程式: 。
(5) 工业上还可用电解法制备重铬酸钠,其装置示意图如上。 阴极的电极反应式为 ; 阳极的电极反应式为 。 |
(14分) 已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:
|温度/ ℃
| 700
| 800
| 830
| 1000
| 1200
| 平衡常数
| 1.7
| 1.1
| 1.0
| 0.6
| 0.4
| 回答下列问题: (1)该反应的△H 0(填“<”“ >”“ =”); (2)830℃时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H2O,反应初始6s内CO的平均反应速率v(CO)="0.003" mol·L-1·s-1,则6S末CO2的物质的量浓度为 ;反应经一段时间后,达到平衡后CO的转化率为 ; (3)判断该反应是否达到平衡的依据为 (填正确选项前的字母); a.压强不随时间改变 b.气体的密度不随时间改变 c.c(CO)不随时间改变 d.单位时间里生成CO和H2的物质的量相等 (4)已知1000℃时,要使CO的转化率超过90%,则起始物c(H2O): c(CO)应不低于 ; (5)某燃料电池以CO为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态的K2CO3为电解质,请写出该燃料电池正极的电极反应式 ; (6)已知CO可用于制备很多物质: ΔH=+8.0kJ·mol-1 ΔH=+90.4kJ·mol-1 ΔH=-556.0kJ·mol-1 ΔH=-483.6kJ·mol-1 请写出与反应生成热化学方程式 。 |
下列关于化学反应速率的说法正确的是 ( )A.化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加 | B.化学反应速率为0.8 mol /(L·s)是指1s 时某物质的浓度为0.8mol/L | C.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢 | D.决定反应速率的主要因素是反应物的浓度 |
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