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填空题

甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇:CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H=-90.8 kJ·mol-1 在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH2,CO 的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示,当达到平衡状态A 时,容器的体积为20 L。

(1)该反应的化学平衡常数表达式为     

(2)如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=        L。

(3)关于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化学平衡状态时的描述正确的是  (填字母)。

A.CO的含量保持不变       B.容器中CH3OH浓度与CO浓度相等

C.2V(CH3OH)=V(H2)D.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

(4)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),按照相同的物质的量 投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法正确的是     

                    

A.温度:T1 < T2 3

B.正反应速率:ν(a)>ν(c); ν(b)>ν(d)

C.平衡常数: K(a) ="K(c)" ; K(b) >K(d)

D.平均摩尔质量:M(a)M(d)

(5)已知CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=" +" 41.3 kJ·mol-1,试写出由

CO2和H2制取甲醇的热化学方程式     

正确答案

(1)K=C(CH3OH)/C2(H2)•C(CO)    (2)4 (3)A C D (4) A

(5)CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ·mol-1

试题分析:(1)根据平衡常数的定义可得到该反应的化学平衡常数的表达式为K==C(CH3OH)/C2(H2)•C(CO)。(2)若密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH2,当达到平衡状态A 时,CO的转化率为0.5,此时各物质的物质的量为CO为5mol;H2为10mol; CH3OH为5mol。n(气体)=20mol,容器的体积为20 L。如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H2,在达到平衡状态B时CO的转化率为0.8,则此时各物质的物质的量为CO为2mol,H2为4mol, CH3OH为8mol。n(气体)=14mol。由于A、B是在相同温度下程度的。所以化学平衡常数不变设第二次达到平衡时容器的体积为V。则,解得v=4(L)。(3) A.CO的含量保持不变,则各组分的物质的量,总物质的量不变。可逆反应达到平衡状态。正确。B.容器中CH3OH浓度与CO浓度相等,这只是一个很特殊的情况,这时反应可能达到平衡,也可能未达到平衡状态。错误。C.在任何时刻2V(CH3OH)=V(H2),若2V(CH3OH)=V(H2),则V(H2)=V(H2),反应达到平衡。正确。D.由于该反应是个反应前后气体体积不等的反应,如果反应未达到平衡,则气体的物质的量就会发生改变,混合气体的平均相对分子质量也就会随着改变。若容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变,则气体的物质的量不变。故反应达到平衡状态。正确。(4)A.由于该反应的正反应是放热反应,所以在其它条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,也就是向逆反应方向移动,这时反应物的转化率降低。因为CO的平衡转化率a>b>c,所以温度:T1 < T2 3。正确。B.在其它条件不变时,升高温度,化学反应速率加快。由于温度T1 < T2 3,所以速率:ν(c)>ν(a);在其它条件相同时,增大压强,化学反应速率加快。由于压强b>d,所以速率:ν(b)>ν(d).错误。C.化学 平衡常数只与温度有关,与其它条件无关。由于温度T1 < T2 3。升高温度,平衡向逆反应方向移动,K减小。K(a) >K(c) ; K(b) =K(d)。错误。D.升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时气体的物质的量增大,气体的平均摩尔质量减小。由于温度T1 < T3,所以平衡时n(c)总> n(a)总,M(a)>M(c);在相同的温度下,增大压强,平衡正向移动,平衡时气体的物质的量减小。所以平衡时n(d)总> n(b)总,M(b)>M(d).错误。(5)将CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=" +" 41.3 kJ/mol和 CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H=-90.8 kJ/mol相加可得CO2和H2制取甲醇的热化学方程式:CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ/mol.

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填空题

燃煤废气中的氮氧化物(NOx)、二氧化碳等气体,常用下列方法处理,以实现节能减排、废物利用等。

(1)①对燃煤废气进行脱硝处理时,常利用甲烷催化还原氮氧化物,如:

CH4 (g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H=-574 kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   △H=-1160 kJ·mol-1

则CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)等的热化学方程式为                      

②若用甲烷作为燃料电池的原料,请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式           

(2)将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为:

2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)  △H < 0

①对于该反应下列说法正确的是(   )

②将6 molH2和2 mol CO2在2L密闭容器中混合,当该反应达到平衡时,测得平衡混合气中CH3OCH3的体积分数约为16.7%(即1/6),此时CO2的转化率为     

正确答案

(1)①CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g) +2H2O(g)  △H=-867 kJ·mol-1

②CH4 -8e+10 OH=CO32+7H2O

(2)①BD    ②    CO2的转化率为80%

试题分析:(1)①将第一个式子与第二个式子相叠加,就的到CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)等的热化学方程式,即CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g) +2H2O(g)  △H=-867 kJ·mol-1

(2)①A.反应为吸热反应,升高温度反应逆向移动,K将减小,故错;

B.增大其它的浓度,反应速率加快,故正确;

C.催化剂不影响化学平衡的移动,故错;

D.反应前后的气体的总物质的量是不相等的,故正确。

点评:本题考查反应速率、平衡常数计算、平衡移动、等效平衡等,难度中等,注意使用等效平衡思想分析,使问题简单化,也可以根据平衡常数计算,但比较麻烦。

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题型:简答题
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简答题

高炉炼铁中常用焦炭还原Fe2O3,请运用所学知识计算并判断用焦炭还原Al2O3冶炼金属铝的可能性.已知298K下反应:2Al2O3(s)+3C(s)=4Al(s)+3CO2(g);△S=635.5J⋅mol-1⋅K-1;△H=+217kJ/mol.

正确答案

已知反应的焓变和熵变,温度为;△S=635.5J⋅mol-1⋅K-1=0.6355KJ/mol•K;△H=+217kJ/mol,T=298K;依据△H-T△S═+217kJ/mol-298K×0.6355KJ/mol•K=27.621KJ/mol>0,

分析判断反应非自发进行的反应;

故答案为:反应不能自发进行;

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填空题

(15分)氨是最重要的化工产品之一。

(1)合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。有关化学反应的能量变化如下图所示。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为        

    

(2)CO对合成氨的催化剂有毒害作用,常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中CO,其反应原理为:[Cu(NH3)2CH3COO] (l)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3] CH3COO·CO(l) △H<0。吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用,再生的适宜条件是 

(填写选项编号)

A.高温、高压    B.高温、低压   C.低温、低压    D.低温、高压

(3)用氨气制取尿素[CO(NH2)2]的反应为:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)  △H<0

某温度下,向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH3和2molCO2,该反应进行到40 s时达到平衡,此时CO2的转化率为50%。该温度下此反应平衡常数K的值为_________。下图中的曲线表示该反应在前25 s内的反应进程中的NH3浓度变化。若反应延续至70s,保持其它条件不变情况下,请在图中用实线画出使用催化剂时该反应的进程曲线。

(4)将尿素施入土壤后,大部分是通过转化为碳酸铵或碳酸氢铵后才被作物所利用,尿素分子在微生物分泌的脲酶作用下,转化为碳酸铵。已知弱电解质在水中的电离平衡常数(25℃)如下表:

现有常温下0.1 mol·L-1的(NH4)2CO3溶液,

①你认为该溶液呈        性(填“酸”、“中”、“碱”),原因是                        

②就该溶液中粒子之间有下列关系式,你认为其中正确的是                

A.c (NH4+)>c (CO32-)>c (HCO3-)>c (NH3·H2O)

B.c(NH4+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(OH-)+c(CO32-)

C.c (CO32-) + c (HCO3-) +c (H2CO3)=0.1 mol·L-1

D.c (NH4+)+ c (NH3·H2O)=2 c (CO32-) + 2c (HCO3-) +2 c (H2CO3)

正确答案

(15分)(1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=+161.1 kJ·mol-1(2分) (2)B(2分)

(3)2500(2分);(说明:曲线的转折点在横坐标40之前,纵坐标必需在20的线上)(3分,画出纵坐标为20的直线给2分、画出曲线转折点在横坐标40之前给1分)

(4)① 碱  (1分);由于NH3·H2O的电离平衡常数大于HCO3-的电离平衡常数,因此CO32-水解程度大于NH4+水解程度,溶液中c(OH-)>c(H+),溶液呈碱性(2分)  ② A、C、D(3分)

试题分析:(1)根据图像可知热化学方程式,①、CH4(g)+2O2(g)2H2O(g)+CO2(g) △H=-846.3kJ/mol,②、CO(g)+O2(g)CO2(g) △H=+282kJ/mol,③、H2(g)+O2(g)H2O(g) △H=-241.8kJ/mol,则根据盖斯定律可知①-②-③×3即得到热化学方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),所以该反应的反应热△H=-846.3kJ/mol+282kJ/mol+241.8kJ/mol×3=+161.1 kJ/mol。

(2)根据方程式可知该反应是体积减小的、放热的可逆反应,所以要恢复其吸收CO的能力以供循环使用,应该使平衡向逆反应方向移动,所以再生的适宜条件是高温、低压,答案选B。

(3)             2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始浓度(mol/L)  0.04     0.02        0          0

转化浓度(mol/L)  0.02     0.01       0.01        0.01

平衡浓度(mol/L)0.02      0.01      0.01       0.01

所以该温度下平衡常数K= = =2500。

由于催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,但不能改变平衡状态,据此可以作图。

(4)①根据表中数据可知,NH3·H2O的电离平衡常数大于HCO3-的电离平衡常数,因此CO32-水解程度大于NH4+水解程度,因此溶液中c(OH-)>c(H+),所以溶液呈碱性。

②A、由于CO32-水解程度大于NH4+水解程度,溶液显碱性,则水解程度都是很小的,所以c(NH4+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(NH3·H2O),A正确;B、根据电荷守恒可知c(NH4+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(OH-)+2c(CO32-),B不正确;C、根据物料守恒可知c(CO32-) + c(HCO3-) +c(H2CO3)=0.1 mol·L-1,C正确;D、碳氧根据物料守恒可知c(NH4+)+ c(NH3·H2O)=2c(CO32-) + 2c(HCO3-) +2c(H2CO3),D正确,答案选ACD。

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填空题

甲醇是一种重要的可再生能源,工业上可用CO和H2合成。

(1)已知:CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=—283 kJ·mol—1

CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g) +2H2O(l) △H=—725kJ·mol—1

若要求得CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)的△H,还需要知道反应(用化学方程式表示)                                的焓变。

(2)在Cu2O/ZnO做催化剂的条件下,将CO(g)和H2(g)充入容积为2L的密闭容器中合成CH3OH(g),反应过程中,CH3OH的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如图。

根据题意回答下列问题:

①反应达到平衡时,平衡常数表达式K=       

升高温度,K值          (填“增大”、“减小”

或“不变”)。

②在500℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=                

③若其它条件不变,对处于Z点的体系,将体积压缩至原来的1/2,达到新的平衡后,下列有关该体系的说法正确的是           

a.氢气的浓度与原平衡比减少        b.正、逆反应速率都加快

c.甲醇的物质的量增加              d.重新平衡时n(H2) /n(CH3OH)增大

④据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2有利于维持Cu2O的量不变,原因是:                                  (写出相关的化学方程式并辅以必要的文字说明)。

正确答案

(1)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)(只要写对反应式即给1分。没配平扣1分,没标明状态扣1分,若二者都存在只扣1分。)

(2)①; 减小。②0.2mol·L—1·s—1(没有单位或错扣1分)。③bc(各1分。填错一个倒扣1分,不出现负分。)。

④Cu2O+CO2Cu+CO2,体系中有CO2可以抑制Cu2O被还原。(3分。化学方程式给1分,文字说明給2分。若化学方程式用可逆号,文字说明只要从化学平衡角度回答都给分。若说明CO2与Cu反应生成Cu2O也给分。)

试题分析:(1)所求反应中有H2存在,CO2和H2O都是中间产物,结合盖斯定律,可推得还需要的反应为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)的焓变;

(2)①根据反应,其平衡常数表达式,结合图像,可知升高温度,甲醇含量降低,平衡向逆反应方向移动,说明该反应是放热反应,故升高温度,K值减小;

②在500℃,从反应开始到平衡,甲醇增加了0.4 mol,H2消耗了0.8 mol,则氢气的平均反应速率v(H2)==0.2 mol·L—1·s—1

③Z点处于平衡状态,将体积压缩至原来的1/2,相当于加压了,平衡正向移动,依次进行解答;

a、各物质的浓度均比原来增大了,错误;

b、浓度增大导致正、逆反应速率都加快,正确;

c、因平衡正向移动,甲醇的物质的量增加,正确;

d、因平衡正向移动,氢气减少,甲醇增加,所以n(H2) /n(CH3OH)将减小,错误;

④二氧化碳有利于抑制反应 Cu2O+CO2Cu+CO2向正反应方向移动,维持Cu2O的量不变,。

下一知识点 : 热化学方程式的书写及正误判断
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