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填空题

下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

I.已知该产业链中某反应的平衡表常数达式为:K=,它所对应反应的化学方程式为                                            

II.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用,工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2kJ·mol-1

(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为                                         

830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K    1.0(填“>”、“<”或“=”)。

(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1 mol/L,c(H2)=2.4 mol/L,5 min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5 min内CO的平均反应速率为            ;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4 mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2 mol/L,a=        mol/L。

(3)反应②在t℃时的平衡常数为400,此温度下,在0.5L的密闭容器中加入一定的甲醇,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下:

 

①此时刻v   v(填“大于”“小于”或“等于”

②平衡时二甲醚的物质的量浓度是                    

以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料,以石墨为电极可直接构成燃料电池,则该电池的负极反应式为                                              ;若以1.12L/min(标准状况)的速率向电池中通入二甲醚,用该电池电解500mL2mol/L CuSO4溶液,通电0.50 min后,计算理论上可析出金属铜的质量为                         

正确答案

I.C(s) + H2O(g)  CO(g)+H2(g) (1分)

II.(1)3CO(g)+3H2(g)  CH3OCH3(g) +CO2(g) △H1=-246.1kJ·mol-1    > (1分)

(2)0.1mol/(L·min)  (1分)  5.4 (1分)

(3)大于(1分)   1.6mol/L (1分)

(4)CH3OCH3 -12e-+16OH - = 2CO32-+11H2O (1分)  9.6g (2分)

试题分析:I.根据题给平衡常数表达式,结合质量守恒定律写出,化学方程式为

C(s) + H2O(g)  CO(g)+H2(g);II.(1)根据盖斯定律,①×2+②+③得催化反应室中总反应的热化学方程式为3CO(g)+3H2(g)  CH3OCH3(g) +CO2(g) △H1=-246.1kJ·mol-1;该反应放热,降温平衡向正向移动,K增大,故在催化反应室中反应③的K>1.0;(2)根据v=△c/△t,将题给数据代入计算,v(CO)= 0.1mol/(L·min);根据平衡计算——三行式计算。

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)      CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度(mol/L)  1      2.4          0           4      a           0

转化浓度(mol/L)  0.5     1           0.5          2      4           2

平衡浓度(mol/L)  0.5    1.4          0.5          2      a-4         2

将有关数据代入平衡常数表达式,计算得a=5.4;

(3)①根据信息知,Q= c(CH3OCH3) c(H2O)/ c2(CH3OH),代入数据计算得Q=2.4,Q<K,反应正向进行,v大于v;②根据平衡计算——三行式进行计算。平衡时二甲醚的物质的量浓度是1.6mol/L;

(4)以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料,以石墨为电极可直接构成燃料电池,二甲醚发生氧化反应,在负极发生反应,根据原子守恒和电荷守恒,该电池的负极反应式为CH3OCH3 -12e-+16OH - = 2CO32-+11H2O;根据电子守恒计算析出铜的质量,2m(Cu)/64=1.12/22.4×0.5×12,m(Cu)=9.6g。

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填空题

(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。

①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:

6Ag(s)+O3(g)=3Ag2O(s);△H=-235.8 kJ/mol。

己知:2 Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g);△H=+62.2kJ/mol,则O3转化为O2的热化学方程式为          ;②科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生,阴极附近的氧气则生成过氧化氢,阴极电极反应式为                                         

 

(2)用活性炭还原法处理氮氧化物,有关反应为: C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

①10 min~20 min以内v(CO2)表示的反应速率为                      

②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数K=        (保留两位小数);

③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是   (填序号字母);

A.容器内压强保持不变

B.2v(NO)=v(N2)

C.容器内CO2的体积分数不变

D.混合气体的密度保持不变

④30 min时改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是    

⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率   (填“增大”、“不变”或“减小”)。

正确答案

(1)①2O3(g)=3O2(g) △H=-285kJ/mol (2分)  ②2H++O2+2e-=H2O2(2分)

(2)①0.009mol/(L•min)(没写单位不给分,2分)

②0.56(2分)③C、D(2分)④减小CO2的浓度(2分)⑤不变(2分)

试题分析:(1)①a、6Ag(s)+O3(g)=3Ag2O(s) △H=-235.8 kJ/mol,b、2Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g)△H=+62.2kJ/mol,所以依据盖斯定律可知,a×2+b×3即得到:2O3(g)=3O2(g),所以该反应的反应热△H=-235.8 kJ/mol×+62.2kJ/mol×3=-285kJ/mol;即2O3(g)=3O2(g) △H=-285kJ/mol。

②电解池中阳极失去电子,发生氧化反应。阴极得到电子,发生还原反应。根据阳极制得臭氧,阴极制得过氧化氢可知,电解的总反应方程式为3H2O+3O23H2O2+O3,其中阳极反应为3H2O-6e-=O3+6H+,阴极反应为6H++3O2+6e-=3H2O2

(2)①根据表中数据可知10 min~20 min以内v(CO2)表示的反应速率==0.009mol/(L•min)。

②根据表中数据可知T1℃时该反应平衡浓度为,c(N2)=0.3mol/L、c(CO2)=0.3mol/L、c(NO)=0.4mol/L,所以该温度下该反应的平衡常数K===0.56。

③根据反应式C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)可知,反应是气体体积不变的反应。在一定条件下,当可逆反应中正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),各种物质的浓度或含量均不再发生变化的状态,是化学平衡状态,则A、反应是气体体积不变的反应,反应过程中和反应平衡状态压强相同,所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡,故A错误;B、反应速率之比等于化学方程式系数之比,当v(NO)=2v(N2),反应达到平衡,v(NO)=2v(N2)只能说明反应正向进行,故B错误;C、容器内CO2的体积分数不变,说明反应达到平衡,故C正确;D、混合气体密度等于气体的总质量除以容器的体积,反应中碳是固体,平衡移动气体质量变化,体积不变,所以混合气体的密度保持不变,说明反应达到平衡,故D正确,答案选CD。④30min时改变某一条件,反应重新达到平衡,根据表中数据可知c(N2)=0.34mol/L、c(CO2)=0.17mol/L、c(NO)=0.32mol/L,所以依据平衡常数K=可知,K==0.56,即平衡常数不变。由于化学平衡常数随温度变化,平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度;依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度减小,反应前后气体体积不变,所以可能是减小容器体积后加入氮气。

⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)是气体体积不变的反应;增大一氧化氮浓度相当于增大体系压强,平衡不动,一氧化氮转化率不变。

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填空题

2013年全国各地都遭遇“十面霾伏”。其中,机动车尾气和燃煤产生的烟气对空气质量恶化贡献较大。

(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)。△H<0

若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是        (填代号)。

(下图中υ、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数)

(2)机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。已知:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867 kJ/mol

2NO2(g)N2O4(g)  △H=-56.9 kJ/mol

H2O(g) = H2O(l)  ΔH = -44.0 kJ/mol

写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式:                                    

(3)用NH3催化还原NOX也可以消除氮氧化物的污染。如图,采用NH3作还原剂,烟气以一定的流速通过两种不同催化剂,测量逸出气体中氮氧化物含量,从而确定烟气脱氮率(注:脱氮率即氮氧化物转化率),

反应原理为:NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。

①该反应的△S    0,△H     0(填“>”、“=”或 “<”)。

②对于气体反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP),

则上述反应的KP                

③以下说法正确的是                 

A.第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高

B.相同条件下,改变压强对脱氮率没有影响

C.催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮

(4)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见图。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,其电极反应为                        

(5)硝酸工业尾气中氮氧化物(NO和NO2)可用尿素〔CO(NH2)2〕溶液除去。反应生成对大气无污染的气体。1 mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物(假设NO、NO2体积比为1:1)的质量为___________g。

正确答案

(1)   bd      (各1分,共2分,选错不得分)

(2)CH4(g)+N2O4(g) =N2(g) +2H2O(g) + CO2(l) △H=" —898.1kJ/mol" (2分)

(3)① >(1分) <(1分)②KP (2分) ; ③ C(2分)

(4)NO2+NO3— —e-=N2O5 (2分)  

(5)76g(2分)

试题分析:(1)a、正反应速率等于逆反应速率时,达到平衡状态,此时反应速率不再变化,所以图像不符合,错误;b、因为容器为绝热,所以t1时平衡常数不变,说明反应已达到平衡,正确;c、t1时CO、CO2的物质的量还在变化,没有达到平衡状态,错误;d、t1时NO的质量分数不再变化,说明反应已达到平衡,正确。

(2)首先写出化学方程式并注明状态,然后根据盖斯定律求出焓变,△H=∆H1-∆H2+2×∆H3= —898.1kJ•mol‾1,可写出热化学方程式。

(3)①、根据化学方程式可知气体的系数增大,说明∆S>0;脱氨率达到最高点之后继续升高温度,脱氨率降低,说明平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,∆H<0。

②、根据化学方程式中物质的状态和系数可得:KP

③A、两种催化剂在本题温度时脱氮率不同,错误;B、改变压强,化学平衡移动,脱氮率发生变化,错误;

C、催化剂①在250℃时脱氮率最高,催化剂②在450℃左右脱氮率最高,正确。

(4)燃料电池中O2在正极上发生得电子反应,则NO2在负极上失电子生成更高价态的N2O5,电极方程式为:NO2+NO3— —e-= N2O5

(5)尿素吸收NO、NO2生成对大气无污染的气体,则化学方程式为:CO(NH2)2 + NO +NO2 =2N2 +CO2+2H2O,1mol尿素反应吸收1mol NO和1mol NO2,质量为:30g+46g=76g。

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2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。

(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO2CO2(g)+N2(g)

①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(CB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP=-                

②该反应在低温下能自发进行,该反应的ΔH            0。(选填“>”、“<”)

③在某一绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应,测得正反应的速率随时间变化的曲线如图所示(已知:t2 --tl=t3-t2)。

则下列说法不正确的是         。(填编号)

A.反应在c点未达到平衡状态

B.反应速率a点小于b点

C.反应物浓度a点大于b点

D.NO的转化率:tl~t2>t2~t3

(2)煤的综合利用、使用清洁能源等有利于减少环境污染。合成氨工业原料气的来源之一水煤气法,在催化剂存在条件下有下列反应:

①△H3和△H1、△H2的关系为△H3=            

②在恒温条件下,将l mol CO和1 mol H2O(g)充入某固定容积的反应容器,达到平衡时有50%的CO转化为CO2。在tl时保持温度不变,再充入1 mol H2O(g),请在图中画出tl时刻后H2的体积分数变化趋势曲线。

③甲醇汽油可’以减少汽车尾气对环境的污染。

某化工厂用水煤气为原料合成甲醇,恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到达平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol,容器的体积为3L,现往容器中继续通人3 mol CO,此时v(正)         v(逆)(选填‘‘>”、“<’’或“=”),判断的理由        。

正确答案

(1)①   ②<  ③D

(2) ①ΔH3=ΔH1+ΔH2

②如图

(起点,画在0.15到0.2之间,终点,不高于原平衡线都正确)

③=。温度不变K不变,加入3molCO后容器体积变为6L,经计算Qc=K=9,所以平衡不移动。

试题分析:(1) ①对于在一定体积的密闭容器内发生的有气体参加的反应来说,气体的物质的量的比等于压强之比。所以当反应达到平衡后,平衡时生成物各组分的压强幂指数的乘积与反应物各组分的压强幂指数的乘积的比。。②放热反应和体系混乱程度增大的反应是自发进行的反应。对于反应2NO(g)+2CO2CO2(g)+N2(g)是混乱程度减小的反应,要使反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH<0. ③A.由于该反应的正反应为放热反应。所以随着反应的进行,体系的温度不断升高,正反应速率不断加快。有更多的反应物变为生成物,所以逆反应速率也不断加快。若反应达到平衡。由于该反应的正反应为放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应方向移动。V正应该减小。但在c点未看到速率减小的趋势,所以未达到平衡状态。正确。B.由速率图像可以看出:反应速率a点小于b点。正确。C.由图像可以看出:在从开始到t3以前,V正在不断的增大,反应正向进行。反应未达到平衡状态。因为反应是从正反应方向开始的,所以反应物浓度a点大于b点。正确。:D. 因为t2 --tl=t3-t2,速率不断加快,单位时间内物质改变的浓度大,所以反应物的转化率NO的转化率:t2~t3 > tl~t2。错误。(2)① ①+②整理可得ΔH3=ΔH1+ΔH2。②由于温度不变,所以化学平衡常数就不会变化。在加入1 mol H2O(g)的一瞬间,H2的物质的量没变,所以H2的体积分数为0.5÷3=.由于增大反应物的浓度,化学平衡正向移动,会产生更多的H2,因此H2的体积分数不断增大。假如c(CO)改变浓度为x,则再次达到平衡时c(CO)=0.5-x;c(H2O)=1.5-x;c(CO2)=" 0.5+x" ; c(H2)=" 0.5+x." (0.5-x )×(1.5-x)=" (0.5+x" )×(0.5+x).解得此时H2的体积分数为(1/6+0.5)÷3=2/9.图像见答案。③恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到达平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol,容器的体积为3L,现往容器中继续通人3 mol CO,温度不变K不变,加入3molCO后容器体积变为6L =K。所以所以平衡不移动。v(正)= v(逆)。

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填空题

2013年12月2日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空,进一步向广寒宫探索。“长征三号甲”是三级液体助推火箭,一、二级为常规燃料,常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。

Ⅰ.常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。

已知:N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)  △H = -543kJ·mol-1

H2(g)+  F2(g)  =  HF(g)     △H = -269kJ·mol-1

H2(g)+  O2(g)  =  H2O(g)     △H = -242kJ·mol-1

请写出肼和氟气反应的热化学方程式:_____________________________。

Ⅱ.氧化剂二氧化氮可由NO和 O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应:

2NO(g)+O2(g)2NO2(g)  ΔH 的体系中,n(NO)随时间的变化如表:

 

(1) 已知:K800>K1000,则该反应的ΔH ______0(填“大于”或“小于”),用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率为__________。

(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________

a.容器内颜色保持不变                  b. 2v(NO)=v(O2)

c.容器内压强保持不变                  d.容器内密度保持不变

(3)为使该反应的速率增大,提高NO的转化率,且平衡向正反应方向移动应采取的措施有          

(4)在上述条件下,计算通入2 mol  NO和1 mol O2的平衡常数K=______________

(5)在上述条件下,若开始通入的是0.2 mol  NO2气体,达到化学平衡时,则NO2的转化率为       

正确答案

Ⅰ.N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g) △H=-1135kJ·mol-1   (2分)

Ⅱ.(1) 小于(2分)   0.015 mol·L-1·s-1     (2分)

(2)   a 、c (2分)  (3)通入氧气、增大压强(2分) 

(4)720  (2分)  (5)25%(2分)

试题分析:Ⅰ.由N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g);△H=-543kJ•mol-1

H2(g)+  F2(g)  =  HF(g)     △H = -269kJ·mol-1

H2(g)+  O2(g)  =  H2O(g)     △H = -242kJ·mol-1

利用盖斯定律可知①+②×4-③×2可得反应N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g),

该反应的△H=(-543kJ•mol-1+4×(-269kJ•mol-1)-2×(-242kJ•mol-1)=-1135kJ•mol-1

故答案为:N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g)△H=-1135kJ•mol-1

Ⅱ.(1) 化学平衡常数,是指在一定温度下,可逆反应都达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值,据此书写;K800>K1000,说明升高温度平衡向逆反应移动,故正反应是放热反应;v(O2)=(0.100-0.040)mol/2L×2 s=0.015 mol·L-1·s-1

(2)a.容器内颜色保持不变 ,说明二氧化氮的浓度保持一个定值,反应达到平衡状态,正确;

B.2v(NO)=v(O2),v(NO)与v(O2)的速率比不等于方程式前面的系数,不能判断是否达到平衡,错误.

c.反应是气体压强减小的反应,平衡状态容器内压强保持不变,说明反应达到平衡,正确;

d.由于气体的质量不变,气体的体积不变,则无论是否达到平衡状态,都存在气体的密度保持不变的特征,不能判断是否达到平衡,错误。

(3)根据外界条件对反应速率与平衡的移动分析解答。

(4)平衡常数K,只和温度有关,所以通入2 mol  NO和1 mol O2的平衡常数K和表格中的平衡常数相同。

2NO(g) +   O2(g)      2NO2(g)

初始(mol)  0.200       0.100            0

变化(mol)   0.150       0.075           0.150

平衡(mol)   0.050       0.025           0.150

浓度(mol/L) 0.025       0.0125          0.0750 

K==720

(5)在上述条件下,若开始通入的是0.2molNO2气体,和开始通入0.200molNO和0.100molO2等效,所以达到平衡状态时NO2浓度是0.0750mol/L,初始浓度是0.100mol/L,所以反应了0.0250mol/L,即NO2转化率是25%。

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填空题

甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景.

(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:

反应I:  CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)       ΔH1

反应II: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)   ΔH2

①上述反应符合“原子经济”原则的是         (填“I”或“Ⅱ”).

②在其他条件不变得情况下,考察温度对反应II的影响,实验结果如图所示

由图中数据判断  ΔH2        0 (填“>”,“=”或“<”).

③某温度下,将2 mol CO2和6 mol H2充入2L的密闭容器中,发生反应II,达到平衡后,测得c(CO2)= 0.2 mol/L, 则此时容器中的压强为原来的         

(2)已知在常温常压下:

① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g)  ΔH =-1275.6 kJ/mol

② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g)            ΔH =-566.0 kJ/mol

③ H2O(g) = H2O(l)                  ΔH =-44.0 kJ/mol

请计算1 mol甲醇不完全燃烧生成1 mol一氧化碳和液态水放出的热量为               

(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置.

①该电池负极的电极反应为                        

②此电池消耗甲醇1.6克时,反应中电子转移数目为                

③若以此燃料电池为铅蓄电池充电,则应将图中右侧电极连接蓄电池的       (填正极或负极)

正确答案

(1) ①  I ②  <  ③ 0.6 (2)442.8 KJ  (3)CH3OH+8OH- -6e= CO32- +6H2O0.3NA   负极

试题分析:(1)原子经济就是反应物的原子全部转化为生成物。选择反应I的化合反应。由图可知:T2>T1。升高温度甲醇的物质的量减少,说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理:升高温度化学平衡向吸热反应方向移动。即逆反应方向是吸热反应,所以正反应是放热反应。故△H2<0.③反应开始时C(CO2)="1mol/L," C(H2)=3mol/L由于达到平衡后,测得c(CO2)= 0.2 mol/L,CO2改变浓度是0.8mol/L,所以H2改变浓度为2.4mol/L. H2平衡浓度为0.6mol/L.产生的甲醇、水蒸汽的浓度都是0.8mol/L.平衡时总浓度是2.4mol/L,而开始时总浓度是4mol/L。所以这时的压强是开始的2.4mol/L÷4mol/L=0.6倍。(2)①-②+③×4得:2CH3OH(l) + 2O2(g) =" 2CO" (g) + 4H2O(l) ΔH =-1275.6 kJ/molΔH =-885.6 kJ/mol。所以产生1mol一氧化碳和液态水放出的热量为442.8 KJ.(3)甲醇燃料电池的负极是通入甲醇的电极,电极反应为CH3OH+8OH- -6e= CO32- +6H2O。每摩尔的甲醇反应转移电子9摩尔。消耗甲醇1.6克时,n(CH3OH)=1.6g÷32g/mol=0.05mol,所以转移电子0.3 NA③若以此燃料电池为铅蓄电池充电,则应将图中右侧电极连接蓄电池的负极。

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填空题

甲醇是一种优质燃料,可制作燃料电池。

(1)为探究用CO2生产燃料甲醇的反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)    △H=-49.0kJ/mol

测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如右图。请回答:

①从反应开始到平衡,氢气的反应速率:v(H2)=                        

②能够说明该反应已达到平衡的是_________。

A.恒温、恒容时,容器内的压强不再变化

B.恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化

C.一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变

D.一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH

③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是           

A.加入催化剂                B.充入He(g),使体系压强增大

C.将H2O(g)从体系中分离      D.降低温度

④求此温度(T1)下该反应的平衡常数K1                (计算结果保留三位有效数字)。

⑤另在温度(T2)条件下测得平衡常数K2,已知T2>T1,则K2     (填“>”、“=”或“<”)K1

(2)以CH3OH为燃料(以KOH溶液作电解质溶液)可制成CH3OH燃料电池(电池总反应式:2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O),则充入CH3OH的电极为  极,充入O2的电极反应式              

(3)已知在常温常压下:

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  △H1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2

则1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=                   。(用含△H1、△H2的式子表示)

正确答案

(1)①0.225mol/(L·min)   ② A C    ③C D    ④5.33    ⑤<

(2)①负; ②3O2+12e+6H2O=12OH(O2+4e+2H2O=4OH也算对) (3)

试题分析:(1)①根据图像可知,反应进行到10min是物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,此时生成甲醇的物质的量浓度是0.75mol/L,则根据反应的方程式可知,消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3=2.25mol/L,所以v(H2)=2.25mol/L÷10min=0.225mol/(L•min)。

②在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,据此可以判断。A、根据方程式可知,反应两边气体的体积不相等,恒温、恒容时在反应过程中压强是变化的,当容器内的压强不再变化使,可以证明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故A正确;B、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,即气体的密度始终不变,所以恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化不能说明反应是否达到平衡状态,B不正确;C、一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变,说明正逆反应速率,达到了平衡状态,故C正确;D、根据方程式可知,一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时,必然生成1molCH3OH,因此用H2、CH3OH的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为3:1的状态,不能判断正逆反应速率是否相等,故D错误,因此答案为A、C。

③A、催化剂不能改变平衡状态,所以加入催化剂不能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,A不正确;B、充入He气,参加反应的物质的浓度不变,平衡不移动,即平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)不变,故B错误;C、将H2O(g)从体系中分离,生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,则平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确;D、该反应正反应为放热反应,则降低温度平衡向正反应方向移动,能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正确,答案选C、D。

④化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,即K=。达到平衡时,c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=0.75mol/L,根据方程式可知c(H2O)=0.75mol/L。同样根据反应方程式,反应氢气的消耗浓度为生成的甲醇浓度的3倍,所以平衡状态时氢气的浓度为=3mol/L-3×0.75mol/L=0.75mol/L,因此K=≈5.33。

⑤该反应正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,所以K2<K1

(2)原电池中负极失去电子,发生氧化反应。正极得到电子,发生还原反应,所以根据电池总反应式2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O可知,甲醇是还原剂,氧气是氧化剂,因此充入CH3OH的电极为负极,氧气在正极通入。由于电解质是=碱性溶液,所以充入O2的电极反应式为3O2+12e+6H2O=12OH

(3)已知反应①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1、②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2,则根据盖斯定律可知,(①-②)÷2即得到反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g),所以该反应的反应热△H=

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填空题

北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷(C3H8),亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C3H6)。

(1)丙烷脱氢可得丙烯。

已知:C3H8(g) CH4(g)+HC≡CH(g)+H2(g)       △H1=+156.6kJ·mol-1

CH3CH=CH2(g) CH4(g)+HC≡CH(g)      △H2=+32.4kJ·mol-1 

则相同条件下,反应C3H8(g)CH3CH=CH2(g)+H2(g)的△H     kJ·mol-1

(2)碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下,空气中的CO2溶于水,达到平衡时,溶液的pH=5.60,c(H2CO3)=1.5×10-5 mol·L-1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,则H2CO3HCO3-+H+的电离平衡常数Ka1=        。(已知:10-5.60=2.5×10-6

(3)在1 L浓度为c mol/LCH3COOH溶液中,CH3COOH分子、H和CH3COO离子物质的量之和为nc mol,则CH3COOH在该温度下的电离度为          ×100%

正确答案

(6分)(1) 124.2(2分) (2)4.2×10-7; (2分) (3) n-1 (2分)

试题分析:(1)根据盖斯定律可知,由①C3H8(g)CH4(g)+HC≡CH(g)+ H2(g) △H1=+156.6kJ/mol和②CH3CH=CH2(g)CH4(g)+ HC≡CH(g) △H2=+32.4kJ/mol,即①-②即得到C3H8(g)CH3CH=CH2(g)+ H2(g),所以反应的反应热所以△H=△H1-△H2=+156.6kJ/mol-(+32.4kJ/mol)=+124.2kJ/mol。

(2)忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,pH=5.60,则c(H+)=10-5.60=2.5×10-6mol/L, 由H2CO3HCO3-+H+可知,平衡时c(H+)=c(HCO3-)=2.5×10-6mol/L,c(H2CO3)=(1.5×10-5-2.5×10-6)mol/L,则Ka=

(3)设H和CH3COO离子物质的量都是x,则醋酸分子的物质的量是nc-2x,所以根据原子守恒可知nc-2x+x-c,解得x=nc-c。因此CH3COOH在该温度下的电离度为

点评:该题是高考中的常见题型,属于中等难度的试题。试题综合性强,在注重对学生基础知识巩固和训练的同时,侧重对学生能力的培养和方法的指导,有利于培养学生的逻辑推理能力。该题的关键是明确明确盖斯定律、电离平衡常数和电离度的计算原理,然后灵活运用即可。

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填空题

以下是一些物质的熔沸点数据(常压):

 

金属钠和CO2在常压、890℃发生如下反应:4 Na(g)+ 3CO2(g) 2 Na2CO3(l)+  C(s,金刚石) △H=-1080.9kJ/mol

(1)若反应在10L密闭容器、常压下进行,温度由890℃升高到1860℃,若反应时间为10min, 金属钠的物质的量减少了0.2mol,则10min内CO2的平均反应速率为                 

(2)高压下有利于金刚石的制备,理由是                                            

(3)由CO2(g)+ 4Na(g)=2Na2O(s)+ C(s,金刚石) △H=-357.5kJ/mol;则Na2O固体与C(金刚石)反应得到Na(g)和液态Na2CO3(l)的热化学方程式                     

(4)下图开关K接M时,石墨电极反应式为                           

(5)请运用原电池原理设计实验,验证Cu2、Ag+氧化性的强弱。

在方框内画出实验装置图,要求用烧杯和盐桥(在同一烧杯中,

电极与溶液含相同的金属元素),并标出外电路电子流向。

正确答案

(1)0.0015 mol/(L ·min)(2分)

(2)增大压强加快反应速率,反应向正反应方向移动(2分);

(3)3Na2O(s)+C(s,金刚石) = 4Na(g)+Na2CO3(l)△H= —4.2kJ/mol(2分);

(4)O2+2H2O+4e =4OH(2分);

(5)      (2分)

试题分析:(1)先根据定义式求v(Na),再根据速率之比等于化学方程式中的系数之比求v(CO2),即v(Na) =0.0020mol/(L•min), v(CO2)="3" v(Na)/4=0.0015mol/(L•min);(2)增大压强加快反应速率,反应向正反应方向移动;(3)将已知两个热化学方程式编号为①②,①—②×3可以约去3 CO2(g),根据盖斯定律,则6Na2O(s)+2C(s,金刚石)=8Na(g)+2Na2CO3(l) △H=—8.4kJ/mol,若系数减半,则焓变也减半,则3Na2O(s)+ C(s,金刚石)=4Na(g)+Na2CO3(l) △H=—4.2kJ/mol;(4)若K接M,则该装置为原电池,模拟铝的吸氧腐蚀,由于铝比石墨活泼,则铝是负极,石墨是正极,负极反应式为Al—3e=Al3+,正极反应式为O2+4e+2H2O=4OH;(5)验证Cu2、Ag+氧化性的强弱,可根据置换反应:

Cu+2Ag+=Cu2+2Ag来设计原电池,铜发生氧化反应,银离子发生还原反应。所以铜作负极,银作正极,硫酸铜和硝酸银作电解质溶液。

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填空题

能源是制约国家发展进程的因素之一。甲醇、二甲醚等被称为2 1世纪的绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚。

(1)工业上,可以分离合成气中的氢气,用于合成氨,常用醋酸二氨合亚铜

[Cu(NH32Ac]溶液(Ac=CH3COO)(来吸收合成气中的一氧化碳,其反虚原理为:

[Cu(NH32Ac](aq)+CO+NH3[Cu(NH33]Ac•CO(aq)(△H<0)

常压下,将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu(NH32]AC溶液的措施是         

(2)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:

反应a:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol

反应b:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0

①对于反应a,某温度下,将4.0 mol CO2(g)和12.0 mol H2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,测得甲醇蒸气的体积分数为30%,则该温度下反应的平衡常数为    

②对于反应b,某温度下,将1.0mol CO(g)和2.0 mol H2(曲充入固定容积的密闭容器中,反应到达平衡时,改变温度和压强,平衡体系中CH3OH的物质的量分数变化情况如图所示,温度和压强的关系判断正确的是         ;(填字母代号)

A.p3>p2,T3>T2

B.p2>p4,T4>T2

C.p1>p3,T1>T3

D.p1>p4,T2>T3

(3)CO可以合成二甲醚,二甲醚可以作为燃料电池的原料,化学反应原理为:

CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)  △H<0

①在恒容密闭容器里按体积比为1:4充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是       

A.逆反应速率先增大后减小

B.正反应速率先增大后减小

C.反应物的体积百分含量减小

D.化学平衡常数K值增大

②写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式         

③己知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量。关于二甲醚碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池,下列说法正确的是         (填字母)

A.两种燃料互为同分异构体,分子式和摩尔质量相同,比能量相同

B.两种燃料所含共价键数目相同,断键时所需能量相同,比能量相同

C.两种燃料所含共价键类型不同,断键时所需能量不同,比能量不同

(4)已知l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ,请写出表示二甲醚燃烧热的热化学方程式                    

正确答案

(1)加热(2分)

(2)①1.33或 (2分,若书写单位且正确得2分,单位错误不得分) ②C、D(2分)

②C、D(2分)

(3)①B、D (2分) 

②CH3OCH3-12e+16OH= 2CO32+11H2O (2分)      ③C(2分)

(4)CH3OCH3(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-1454.98 kJ/mol(2分)

试题分析:(1)将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu(NH32]AC溶液只要使平衡向逆反应方向移动即可,逆反应方向为气体体积增大的吸热反应,所以在高温低压下使平衡逆移。

(2)①根据反应方程式计算,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始:4.0 mol   12.0 mol            0              0  

转化:xmol      3xmol            xmol        xmol 

平衡:4-xmol  12-xmol        xmol         xmol 

=30%   x=3mol  

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

平衡浓度:0.5mol/L  1.5mol/L      1.5mol/L     1.5mol/L

t1时达到达到平衡状态,平衡常数==1.33或 

②根据化学平衡移动的影响因素:温度、压强来分析:升高温度,化学平衡向着吸热方向进行,升高压强,化学平衡向着气体体积减小的方向进行。 CH3OH的物质的量分数时随着p1、p2、p3、p4逐渐降低,说明向着逆向移动,逆向是气体体积增大的方向,所以p1、p2、p3、p4压强逐渐升高, B错,CH3OH的物质的量分数时随着T1、T2、T3、T4逐渐升高,说明正向移动,正向是放热反应,说明T1、T2、T3、T4温度逐渐降低。A错。所以选C、D。

(3)①A.逆反应速率先增大后减小,说明一定逆向移动。

B.正反应速率先增大后减小,说明一定正向移动

C.反应物的体积百分含量减小,不一定正向移动

D.化学平衡常数K值增大,因为这个反应征方向是放热反应,说明一定正向移动

所以选B、D  

②反应本质是二甲醚的燃烧,原电池负极发生氧化反应,二甲醚在负极放电,碱性环境中生成碳酸钾与氢水.正极反应还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子;正极反应为氧气得到电子发生还原反应,在碱性环境中生成氢氧根离子,正极反应为3O2+12e+6H2O=12OH;负极上是燃料甲醚发生失电子的氧化反应,在碱性环境下,即为:CH3OCH3-12e+16OH= 2CO32+11H2O ;     

③由乙醇和二甲醚的分子结构可知,化学式都是C2H6O,组成元素及其原子个数完全相同,互为同分异构体,分子式和摩尔质量相同,乙醇和二甲醚的分子结构不同,无论是物理性质还是化学性质,还是共价键类型,断键时所需能量不可能完全相同,所以比能量肯定不同。所以选C(2分)

(4)l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ,l mol(46g)二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63×46= 1454.98 kJ,所以二甲醚燃烧热的热化学方程式CH3OCH3(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-1454.98 kJ/mol。

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