- 焓变、反应热
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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。
正确答案
(1)CH3CH2OH(g)+H2O(g)= 2CH3OH(g) H = +75.6 kJ·mol-1
(2)bcf ,ad ,bd ac
(3) I III (2分)
(4)
试题分析:(1)I×2-II得CH3CH2OH(g)+H2O(g)= 2CH3OH(g) ΔH = +75.6 kJ·mol-1
(2)不能用反应达平衡时物质浓度之间的关系来判断达平衡,a错误,可逆反应达平衡时为动态平衡,速率不为0,c错误,CO2与H2的计量系数之比为1:3,所以v正(CO2)=3v逆(H2)正逆反应速率不等,d错误。所以bef可以判断达平衡的标志。I反应为放热反应,K增大,说明降温,平衡正向移动,因此选ad。想提高CO2的反应速率,可以升高温度,增大压强,增加浓度,使用催化剂,因此选bd。提高H2转化率,平衡要正向移动,因此选ac。
(3)反应II为放热反应,随着温度升高,乙醇的体积分数应该减小,根据反应可知CO2和H2即使完全转化,乙醇的体积分数最大也只有25%,所以曲线I是表示乙醇体积分数。随着温度升高,CO2的体积分数应该增大,CO2最大的体积分数不能超过25%,所以曲线III是表示CO2体积分数。
(4)催化剂表面变小,催化效果变差,速率减慢,但是催化剂不能改变平衡,所以T1的温度下达平衡,NO的浓度不变,但是达平衡的时间增加,所以变化曲线如图。
(8分)已知下列两个热化学方程式:
2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l) △H=-571.6 kJ•mol-1
C3H8(g)+5O2(g) ===3CO2(g)+4 H2O(l) △H=-2 220 kJ•mol-1
试回答下列问题:
(1)H2的燃烧热为______________,当C3H8完全燃烧生成1mol水的反应热为______________。
(2)1mol H2和2mol C3H8组成的混合气体完全燃烧放出的热量为____________。
(3)现有H2和C3H8的混合气体5 mol,完全燃烧时放出热量3847 kJ,则混合气体中H2和C3H8的体积比为____________。
正确答案
(8分)(1)285.8 kJ•mol-1 -555 kJ•mol-1 (2)4725.8 kJ (3)3:1
考查反应热的有关计算。
(1)燃烧热是在一定条件下,1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,所以根据热化学方程式可知,氢气的燃烧热是571.6 kJ•mol-1÷2=285.8 kJ•mol-1;根据热化学方程式可知,1mol丙烷完全燃烧生成4mol液态水时放热是2 220 kJ,所以当C3H8完全燃烧生成1mol水的反应热为-2 220 kJ•mol-1÷4=-555 kJ•mol-1。
(2)根据热化学方程式可知,1mol H2完全燃烧放出的热量是285.8 kJ。而1mol丙烷完全燃烧生成4mol液态水时放热是2 220 kJ,所以2mol丙烷完全燃烧放热是2 220 kJ×2=4440kJ,因此1mol H2和2mol C3H8组成的混合气体完全燃烧放出的热量为285.8 kJ+4440kJ=4725.8 kJ。
(3)设混合气体中H2和C3H8的物质的量分别是x和y,则x+y=5mol。根据热化学方程式可知285.8 kJ•mol-1×x+2 220 kJ•mol-1×y=3847 kJ,解得x=3.75mol,y=1.25mol,所以混合气体中H2和C3H8的体积比为3︰1。
(10分)在反应H2 + Cl2=2HCl中,已知H-H键能为436kJ/mol,Cl-Cl键能为243kJ/mol,H-Cl键能为432kJ/mol。
判断该反应是放热还是吸热。
计算生成1mol HCl时反应的能量变化。
正确答案
放热 放出92.5 kJ (10分)
△H=436kJ/mol+243kJ/mol―2×432kJ/mol=―92.5 kJ/mol,△H<0,反应放热,放热92.5 kJ
(10分)回答下列问题:
(1)反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)过程中的能量变化如右图所示,判断该反应△H 0(填“>”、“<”、
或“无法确定”)。
(2)在Al2O3、Ni催化下气态甲酸发生下列反应:
甲酸(g)=" CO" (g)+ H2O (g) △H1=" +34.0" kJ/mol
甲酸(g)= CO2 (g)+ H2(g) △H2=" —7.0" kJ/mol
则甲酸的分子式为 ,在该条件下,气态CO2和气态H2反应生成气态CO和气态H2O的热化学方程式为 。
(3)如图所示,水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
I若试管内液面上升,则正极反应: 。
II若试管内液面下降,则发生 腐蚀。
III若溶液甲为水,溶液乙为海水,则铁钉在 (填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速度快。
正确答案
(10分)(1)<。(1分)
(2)CH2O2(1分),CO2(g) + H2(g) =" CO(g)" + H2O(g) △H = +41.0kJ/mol。(2分)
(3)IO2 + 2H2O + 4e-→ 4OH- 。(2分)II析氢。(2分)III乙。(2分)
略
(12分)把一块已经被氧化了的镁3.2 g放入到47 mL密度为1.07 g·cm的稀硫酸中,生成0.2 g氢气。求被氧化的镁的质量是多少,所得溶液溶质质量分数为多少。
正确答案
0.48 g 27%
Mg+HSO
MgSO
+H
↑
24 120 2
x y 0.2 g
x="2.4" g
y="12" g
MgO的质量为:3.2 g-2.4 g="0.8" g
MgO ~ Mg
40 24
0.8 g z
z="0.48" g
MgO+HSO
MgSO
+H
O
40 120
0.8 g A
A="2.4" g
所得溶液溶质质量分数为:
=27%
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