- 化学能与电能
- 共5875题
(1)有人将铂丝插入KOH溶液中做电极,并在两极片上分别通入甲烷和氧气,形成一种燃料电池,在该电池反应中,甲烷发生类似于燃烧的反应,根据以上判断:
①通甲烷的铂丝为原电池的______极,发生的电极反应为______.
②该电池工作时(放电)反应的总化学方程式为______.
(2)X、Y、Z为三种不同短周期非金属元素的单质.在一定条件下发生如下反应:若常温下Y为固体,X、Z为气体,A在空气中充分燃烧可生成B,则:
①B的化学式为______;
②向苛性钠溶液中通入过量的A所发生反应的离子方程式为______
③将B与氯气的水溶液充分反应可生成两种强酸,该反应的化学方程式为______.
正确答案
(1)①燃料燃烧时失电子发生氧化反应,原电池的负极上失电子发生氧化反应,所以通甲烷的铂丝为原电池的负极;甲烷燃烧生成二氧化碳和水,二氧化碳是酸性氧化物能和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水,所以该电极上的电极反应式为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
故答案为:负;CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
②甲烷失电子发生氧化反应,氧气得电子发生还原反应,氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,所以该反应的电池反应式为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O;
故答案为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O;
(2)①Y是短周期非金属元素的单质且常温下为固体,和Z反应生成气体,所以Y只能是S;硫和非金属单质反应且生成的物质是气体,所以非金属单质为氢气、氧气,A在空气中充分燃烧可生成B,所以A硫和氢气反应的产物,B是硫和氧气反应的产物,从而确定X是氢气,Z是氧气,A是硫化氢,B是二氧化硫.
故答案为:SO2;
②H2S是二元弱酸,能和氢氧化钠反应生成硫化钠和水,当硫化氢过量时硫化钠和硫化氢反应生成硫氢化钠.
故答案为:H2S+OH-=HS-+H2O;
③氯气有强氧化性,二氧化硫既有氧化性又有还原性,当遇到强氧化剂时,二氧化硫作还原剂被氧化,所以二氧化硫和氯气的水溶液反应生成盐酸和硫酸.
故答案为:SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl.
近年来我国汽车拥有量呈较快增长趋势,汽车尾气已成为重要的空气污染物.在汽车上安装三效催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物(CO、NOx、碳氢化合物)进行相互反应,生成无毒物质,减少汽车尾气污染.
(1)已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mo1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221.0kJ/mo1
2(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ/mo1
尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)═N2(g)=2CO2(g)△H=______.
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按如图所示的流程探究某种催化剂作用下的反应速率,用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响);
①前2s内的平均反应速率v(N2)=______.
②在该温度下,反应的平衡常数K=______L•mo1-1(写出计算结果).
③对于该可逆反应,通过综合分析以上信息,至少可以说明______(填字母)
A.该反应的反应物混合后很不稳定
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C.该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小
D.该反应在一定条件下能自发进行
E.该反应使用催化剂意义不大
(3)为节约能源,减少污染,该研究小组继续探究一种高铁电池,这是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压.高铁电池的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,该电池放电时负极反应式为______,每有1mo1K2FeO4被还原,转移电子的物质的量为______,充电时阳极反应式为______.
正确答案
(1)已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1
②2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H=-221.0kJ•mol -1
③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ•mol -1
得出反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H=-180.5kJ•mol -1+221.0kJ•mol -1+2(-393.5kJ•mol -1)=-746.5 kJ•mol-1,
故答案为:-746.5kJ•mol-1;
(2)①前2s内的平均反应速率v (NO)==3.75×10-4mo•L-1•s-1,v(N2)=
v(NO)=1.875×10-4mo•L-1•s-1,
故答案为:1.875×10-4mo•L-1•s-1;
②2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
初始浓度:10×10-4 3.6×10-3mol 0 0
变化浓度:9×10-4 9×10-4 9×10-4 9×10-4
平衡浓度:1×10-4 2.7×10-3 9×10-4 9×10-4
平衡常数K==5000,
故答案为:5000;
③A.该反应的反应物混合后很稳定,故A错误;
B.该反应一旦发生,将在很短的时间内完成,故B正确;
C.该反应进行的程度大,反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小,故C正确;
D.该反应的判据△H-T△S<0,在一定条件下能自发进行,故D正确;
E.该反应使用催化剂能加快反应速率,故E错误;
故选:BCD;
(4)放电时,Zn为负极,失去电子,发生电极反应:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;
K2FeO4中铁的化合价由+6变化为+3,化合价降低3,所以每有1mo1K2FeO4被还原,转移电子的物质的量为3mo1,
正反应中Fe元素的化合价降低,K2FeO4为正极,则充电时为阳极,发生氧化反应:Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O;
故答案为:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;3mo1;Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O.
在海底和青藏高原都发现了名为“可燃冰”的环保型新能源,主要成分是CH4,CH4在光照下可与Cl2反应,也可以用CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇等新型燃料.
(1)CH4可与Cl2反应,其反应机理如下:
(2)Cl2→2Cl2△H=+243kJ•mol-1
①Cl2→2Cl △H=+243KJ• mol-1
②Cl+CH4→CH3+HCl △H=+4KJ•mol-1
③CH3+Cl2→CH3Cl+Cl △H=-106KJ•mol-1
则CH4与Cl2反应生成CH3Cl(g)的热化学方程式为:
(2)在一定条件下,发生反应:CH4(g)+H2O(g)
ClO(g)+3H2(g)△H>0.
在其它条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将______(填“增大”、“减小”或“不变”).若在2L密闭容器中发生反应,T℃时,通入2mol CH4(g)和2mol H2O(g),反应达平衡后,生成l mol CO,此时向容器中同时加入1mol CO和3molH2的混合气体(保持温度不变),则平衡将______(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动,达到新平衡后平衡常数______
(3)CH4(g)和H2O(g)生成的CO和H2在一定条件下可发生反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H=-90.1kJ•mol-1,恒容条件下达平衡,下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO)增大的有______.(选填序号).
a.再充入1mol H2 b.使用健化剂 c.再充入2mol CO d.升高温度
(4)CH4可用于设计燃料电池,甲烷燃料电池的工作原理如下图所示:
则正极的电极反应式为:______;
反应一段时间后溶液的pH______(填“升高”、“降低”或“不变”).
正确答案
(1)根据盖斯定律反应CH4(g)+Cl2(g)=CH3Cl(g)+HCl(g)可看成反应②+③得到,则△H=△H②+△H③;
所以CH4与Cl2反应生成CH3Cl(g)的热化学方程式为:CH4(g)+Cl2(g)→CH3Cl(g)+HCl(g)△H=-102 kJ•mol-1,故答案为:CH4(g)+Cl2(g)→CH3Cl(g)+HCl(g)△H=-102 kJ•mol-1;
(2)因温度对正逆反应速率的影响一致,降低温度反应速率减小,故答案为:减小;
根据等效平衡可知压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,即向逆反应方向移动,T℃时,通入2mol CH4(g)和2mol H2O(g),反应达平衡后时,有
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)
起始(mol/L) 1 1 0 0
反应(mol/L) 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡(mol/L) 0.5 0.5 0.5 1.5
所以平衡常数K==6.75,
平衡常数只与温度有关,与物质的起始浓度无关,所以此时向容器中同时加入1mol CO和3molH2的混合气体(保持温度不变),达到新平衡后平衡常数仍然为6.75,故答案为:向逆反应方向;不变;
(3)a、再充入1mol H2,平衡向正反应方向移动,n(CH3OH)/n(CO)增大,故a正确;
b、使用催化剂,化学反应加快,但平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO)不变,故b错误;
c、再充入2molCO,平衡虽然向正反应方向移动,n(CH3OH)、n(CO)的物质的量增大,但n(CO)增加得更多,二者比值减少,故c错误;
d、升高温度,平衡向逆反应方向移动,n(CH3OH)/n(CO)减小,故d错误;
故选:a;
(4)氧气得到电子,电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-,该电池的反应式为2O2+CH4+2OH-═CO32-+3H2O,消耗了溶液中的氢氧根离子,且有溶剂水生成,导致溶液中氢氧根离子的浓度降低,故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-;降低;
“神七”登天标志着我国的航天事业进入了新的篇章.
(1)火箭升空时,由于与大气层的剧烈摩擦,产生高温.为了防止火箭温度过高,在火箭表面涂上一种特殊的涂料,该涂料的性质最可能的是______.
A.在高温下不融化 B.在常温下就分解气化 C.在高温下可汽化或者分解D.该涂料不可能发生分解
(2)火箭升空需要高能的燃料,经常是用N2O4和N2H4作为燃料,工业上利用N2和H2可以合成NH3,NH3又可以进一步制备联氨(N2H4)等.已知:
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.7kJ•mol-1
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H=-534.0kJ•mol-1
NO2(g)⇌N2O4(g)△H=-26.35kJ•mol-1
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式:______.
(3)肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是KOH溶液.肼-空气燃料电池放电时:正极的电极反应式是______;负极的电极反应式是______.
正确答案
(1)涂料起散热作用,因为物质汽化或者分解时从周围吸收热量,从而起到降温作用,故该物质在高温下应该具有汽化或者分解的性质;
故选C;
(2)已知:①、N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.7kJ•mol-1②、N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H=-534.0kJ•mol-1③、NO2(g)⇌N2O4(g)△H=-26.35kJ•mol-1根据盖斯定律,②×2-①-③×2得2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) 故△H=2×(-534.0kJ•mol-1)-67.7kJ•mol-1-2×(-26.35kJ•mol-1)=-1073.2kJ•mol-1,
故热化学方程式为2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1073.2kJ•mol-1;
故答案为:2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1073.2kJ•mol-1;
(3)原电池正极反应还原反应,氧气在正极放电,正极电极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-,电池总反应为:N2H4+O2=N2+2H2O,电池总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式:N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O;
故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-;N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O;
X、Y、Z三种短周期元素,它们的原子序数之和为16.X、Y、Z三种元素常见单质在常温下都是无色气体,在适当条件下可发生如图所示变化:
已知一个B分子中含有的Z元素的原子个数比C分子中的少一个.
请回答下列问题:
(1)X元素在周期表中的位置是______.
(2)X的单质与Z的单质可制成新型的化学电源(KOH溶液作电解质溶液),两个电极均由多孔性碳制成,通入的气体由孔隙中逸出,并在电极表面放电,则正极通入______(填物质名称);负极电极反应式为______.
(3)C在一定条件下反应生成A的化学方程式是______.
(4)已知Y的单质与Z的单质生成C的反应是可逆反应,△H<0.将等物质的量的Y、Z的单质充入一密闭容器中,在适当催化剂和恒温、恒压条件下反应.下列说法中,正确的是______(填写下列各项的序号).
a.达到化学平衡时,正反应速率与逆反应速率相等
b.反应过程中,Y的单质的体积分数始终为50%
c.达到化学平衡时,Y、Z的两种单质在混合气体中的物质的量之比为1:1
d.达到化学平衡的过程中,混合气体平均相对分子质量减小
e.达到化学平衡后,再升高温度,C的体积分数增大.
正确答案
X、Y、Z三种短周期元素,它们的原子序数之和为16.X、Y、Z三种元素常见单质在常温下都是无色气体; 短周期中形成无色气体单质的只有H2、N2、O2(稀有气体除外),(2)X的单质与Z的单质可制成新型的化学电源(KOH溶液作电解质溶液),判断为氢氧燃料电池,X、Y、Z三种短周期元素,它们的原子序数之和为16,XZ为O2、H2结合转化关系判断,Y原子序数为7,X为N元素,X+Z=B;Z+Y=A,一个B分子中含有的Z原子个数比C分子中少1个,说明Z元素为H,则X、Y、Z分别为O、N、H,A、B、C分别为NO、H2O、NH3;
(1)X为氧元素,元素周期表中位于第2周期,ⅥA族,故答案为:2周期,ⅥA族;
(2)X的单质与Z的单质可制成新型的化学电源(KOH溶液作电解质溶液),两个电极均由多孔性碳制成,是氢氧燃料电池,负极为氢气发生氧化反应,正极为正极发生还原反应,所以正极反应为:氧气;负极电极反应式为:H2+2OH-=2H2O+2e-;
(3)C为NH3在一定条件下反应生成A为NO,是氨气的催化氧化,反应的化学方程式:4NH3+5O24NO+6H2O,故答案为:4NH3+5O2
4NO+6H2O;
(4)Y的单质(N2)与Z的单质(H2)生成C(NH3)的反应是可逆反应,△H<0,反应为:N2+3H22NH3;,△H<0;
a、化学平衡的标志是正逆反应速率相同,故a正确;
b、将等物质的量的Y(N2)、Z(H2)的单质充入一密闭容器中,在适当催化剂和恒温、恒压条件下反应,设起始量都为1mol,则
N2+3H22NH3
起始量 1 1 0
变化量 x 3x 2x
平衡量 1-x 1-3x 2x
所以氮气所占体积分数为物质的量的百分数=×100%=50%,所以Y(N2)的单质的体积分数始终为50%,故b正确;
c、达到化学平衡时,Y(N2)的单质的体积分数始终为50%,H2和NH3共占50%,所以两种单质在混合气体中的物质的量之比不为1:1,故c错误;
d、达到化学平衡的过程中,气体质量不变,气体物质的量减小,所以混合气体平均相对分子质量增大,故d错误;
e、到化学平衡后,再升高温度,反应是放热反应,平衡逆向进行,C(NH3)的体积分数减小.故e错误;
故选ab.
二氧化硫和氮氧化物(NOx)对大气污染日趋严重,研究消除大气污染的方法是化学工作者的重要课题,目前有很多种方法消除大气污染.
(1)可利用甲烷催化还原NOx的方法处理NOx,反应如下:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=-574kJ•mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=-1160kJ•mol-1
则CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=______;
(2)汽车尾气中的主要污染物有CO、NOx、碳氢化合物等,降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器,发生如下反应:
2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g);△H<0.
生成无毒物质,减少汽车尾气污染.若在一定温度下,将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中,15分钟后达到平衡,反应过程中各物质的浓度变化如图1所示,则
①前15s内的平均反应速率v (N2)=______(小数点保留3位);
②该反应平衡常数K=______(小数点保留3位);
③若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,平衡将______移动(填“向左”、“向右”或“不”);20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如图1所示的变化,则改变的条件可能是______(填序号);
a 加入催化剂 b 降低温度 c 缩小容器体积 d 增加CO2的量
④该可逆反应△S______0(填“>”、“<”或“=”),在______(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行.
(3)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图2所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动.下列说法错误的是______
A.负极的电极反应式为:CO+O2--2e-=CO2
B.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b
C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b
D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高
(4)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下将SO2转化为SO42- 而实现对SO2的处理目的.其中Fe3+的最外层电子排布式为______;SO2的VSEPR模型名称为______;与SO2互为等电子体的离子有______.
(5)N2O5是重要的硝化剂和氧化剂,可用电解法制备N2O5,如图3所示,N2O5在电解池的______(填“阳极”或“阴极”)区生成,其电极反应式为______.
正确答案
(1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1;
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1;
依据盖斯定律计算①+②得到:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol;
故答案为:△H=-867 kJ/mol;
(2)①图象分析,前15分钟达到平衡时,氮气浓度增大为0.2mol/L,所以前15s内的平均反应速率v (N2)==0.013 mol/(L•s),
故答案为:0.013 mol/(L•s);
②依据图象分析,15分钟时达到平衡时氮气浓度为0.2mol/L,NO平衡浓度为0.8mol/L,一氧化碳浓度为0.6mol/L,二氧化碳浓度为0.4mol/L,
2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H<0;
平衡常数K==
=0.035,故答案为:0.035;
③若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,浓度分别为c(NO)=1.6mol/L,c(CO)=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L,c(N2)=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L,c(CO2)=0.4mol/L;Qc==
=0.035=K,平衡不动,20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如图1所示的变化,斜率减小反应速率减小,氮气浓度增大,反应是气体体积减小的放热反应,则改变的条件可能是降温,
故答案为:不移动;b;
④2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g);△H<0.反应可知△S<0;
依据△H-T△S<0是自发进行的反应;△H<0,△S<0,满足条件△H-T△S<0,应该在低温条件下进行可以自发进行,
故答案为:<;低温;
(3)A.该装置是原电池,通入一氧化碳的电极a是负极,负极上一氧化碳失电子发生氧化反应,电极反应式为:CO+O2--2e-═CO2,故A正确;
B.工作时电极b作正极,O2-由电极b流向电极a,故B错误;
C.该装置是原电池,通入一氧化碳的电极a是负极,通入空气的电极是正极,原电池放电时,电子从负极a通过传感器流向电极b,故C正确;
D.一氧化碳的含量越大,原电池放电时产生的电流越大,故D正确;
故答案为:B;
(4)铁是26号元素,其核外有26个电子,失去三个电子后和铁离子最外层电子排布式:3s23p63d5;SO2中S原子的价层电子对为=3,VSEPR模型为平面三角形;与SO2互为等电子体的离子有 NO2-;
故答案为:3s23p63d5;平面三角形;NO2-;
(5)从电解原理来看,N2O4制备N2O5为氧化反应,则N2O5应在阳极区生成,反应式为N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+,故答案为:阳极;N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+.
甲醇可作为燃料电池的原料.以CH4和H2O为原料,通过下列反应反应来制备甲醇.
反应I:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ•mol-1
反应II:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ•mol-1
(1)CH3OH (g)和H2(g)反应生成CH4(g)与H2O(g)的热化学方程式为______.
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1.
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为______.
②100℃时反应I的平衡常数为______.
③可用来判断该反应达到平衡状态的标志有______.(填字母)
A.CO的含量保持不变
B.容器中CH4浓度与CO浓度相等
C.容器中混合气体的密度保持不变
D.3V正(CH4)=V逆(H2)
(3)按照反应II来生成甲醇,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2所示.下列说法正确的是______
A.温度:T1>T2>T3
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(c); M(b)>M(d)
(4)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法之一为:甲醇蒸汽重整法.该法中的一个主要反应为CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),此反应能自发进行的原因是______.
(5)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化.实验室用图3装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式______.
②写出除去甲醇的离子方程式______.
③若3图装置中的电源为甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池,则电池负极的电极反应式为:______.
正确答案
(1)I:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ•mol-1
II:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ•mol-1
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77kJ•mol-1
所以CH3OH (g)和H2(g)反应生成CH4(g)与H2O(g)的热化学方程式为:CH3OH (g)+H2(g)=CH4(g)+H2O(g)△H=-77.0 kJ•mol-1
故答案为:CH3OH (g)+H2(g)=CH4(g)+H2O(g)△H=-77.0 kJ•mol-1
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应室,在一定条件下发生反应I:图象分析可知100°C甲烷转化率为50%,依据化学平衡三段式列式
CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol) 1.0 2.0 0 0
变化量(mol) 1.0×50% 0.5 0.5 1.5
平衡量(mol) 0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率==0.03 mol•L-1•min-1
故答案为:0.03 mol•L-1•min-1
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.05mol/L,c(H2O)=0.15mol/L,c(CO)=0.05mol/L,c(H2)=0.15mol/L,
平衡常数K==
=2.25×10-2
故答案为:2.25×10-2
③CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
A.CO的含量保持不变,说明反应达到平衡,故A正确;
B.容器中CH4浓度与CO浓度相等,与消耗量和起始量有关反应不一定达到平衡,故B错误;
C.混合气体质量不变,体积不变,反应过程中密度不变,容器中混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡,故C错误;
D.反应速率之比等于化学方程式系数之比是正反应速率之比,3V正(CH4)=V正(H2),若3V正(CH4)=V逆(H2)说明V正(H2)=V逆(H2)说明反应达到平衡,故D正确;
故答案为:A D;
(3)A.该反应为放热反应,温度越低,CO的转化率越大,则T1<T2<T3,故A错误;
B.由图可知,a、c两点压强相同,平衡时a点CO转化率更高,该反应为放热反应,温度越低,CO的转化率越大,故温度T1<T3,温度越高,反应速率越快,故υ(a)<υ(c).b、d两点温度相同,压强越大,反应速率越大,b点大于d点压强,则v(b)>v(d),故B错误;
C.由图可知,a、c两点压强相同,平衡时a点CO转化率更高,该反应为放热反应,故温度T1<T3,降低温度平衡向正反应方向移动,则K(a)>K(c),平衡常数只与温度有关,b、d两点温度相同,平衡常数相同,则K(b)=K(d),故C正确;
D.CO转化率的越大,n总越小,由M=可知,a点n总小,则M(a)>M(c),M(b)>M(d),故D错误;
故选C.
(4)甲醇蒸汽重整法.该法中的一个主要反应为CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),反应△H>0,反应自发进行需要满足△H-T△S<0,所以反应自发进行是因为该反应是熵增大的反应;
故答案为:该反应是一个熵增的反应,△S>0;
(5))①、通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
故答案为:Co2+-e-=Co3+;
②、以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
故答案为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+.;
③若3图装置中的电源为甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池,甲醇在负极失电子发生氧化反应,在碱溶液中生成碳酸盐,则电池负极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O;
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O;
丙烷在燃烧时能放出大量的热,它也是液化石油气的主要成分,作为能源应用于人们的日常生产和生活.
已知:①2C3H8(g)+7O2(g)═6CO(g)+8H2O (l)△H1=-2741.8kJ/mol
②2CO (g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-566kJ/mol
(1)反应C3H8(g)+5O2(g)═3CO2(g)+4H2O (l) 的△H=______.
(2)现有1mol C3H8在不足量的氧气里燃烧,生成1mol CO和2mol CO2以及气态水,将所有的产物通入一个固定体积为1L的密闭容器中,在一定条件下发生如下可逆反应:CO(g)+H2O (g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=+41.2kJ/mol
①下列事实能说明该反应达到平衡的是______.
a.体系中的压强不发生变化
b.v 正(H2)=v 逆(CO)
c.混合气体的平均相对分子质量不发生变化
d.CO2的浓度不再发生变化
②5min后体系达到平衡,经测定,H2为0.8mol,则v(H2)=______.
③向平衡体系中充入少量CO则平衡常数______(填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)依据(1)中的反应可以设计一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丙烷气体;燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在其内部可以传导O2-.在电池内部O2-由______极移向______极(填“正”或“负”);电池的负极电极反应式为______.
(4)用上述燃料电池和惰性电极电解足量Mg(NO3)2和NaCl的混合溶液.电解开始后阴极的现象为______.
正确答案
(1)已知:①2C3H8(g)+7O2(g)=6CO(g)+8H2O(l)△H1=-2741.8kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ/mol
根据盖斯定律,①+②×3得2C3H8(g)+10O2(g)=6CO2(g)+8H2O(l),△H3=-2741.8kJ/mol+(-566kJ/mol
)×3=-4439.8kJ/mol,
即C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)△H=-2219.9kJ/mol,
故答案为:-2219.9kJ/mol;
(2))①a.由反应可知,反应前后的压强始终不变,则体系中的压强不发生变化,不能判断平衡,故a错误;
b.v正(H2)=v正(CO),只能说明正反应速率的关系,无法确定正逆反应速率的关系,故b错误;
c.因体积不变,气体的总质量不变,所以混合气体的密度始终不变,不发生变化,不能判断平衡,故c错误;
d.CO2的浓度不再发生变化,由平衡的特征“定”可知,则化学反应达到平衡,故d正确;
故答案为:d;
②5min后达到平衡,H2为0.8mol,则v(H2)==0.16mol/(L•min),故答案为:0.16mol/(L•min);
③因平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数不变,故答案为:不变;
(3)原电池内部阴离子向由正极向负极移动,所以电池内部O2-由正极移向负极;原电池负极放出氧化反应,丙烷在负极放电,与O2-结合生成二氧化碳与水,电极反应式为C3H8+10O2--20e-=3CO2+4H2O,
故答案为:正、负;C3H8+10O2--20e-=3CO2+4H2O.
(4)电解池阴极发生还原反应,阳离子在阴极放电,水在阴极放电,电极反应式为2H2O-2e-=H2↑+2OH-,同时反应反应Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,故电解开始后阴极的现象为:有无色气体生成,有白色沉淀生成,
故答案为:有无色气体生成,有白色沉淀生成.
碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用.
(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)═6AlCl(g)+6CO(g)△H=a kJ•mol-1
3AlCl(g)═2Al(l)+AlCl3(g)△H=b kJ•mol-1
反应Al2O3(s)+3C(s)═2Al(l)+3CO(g)的△H=______kJ•mol-1(用含a、b的代数式表示);
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物.某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)△H=Q kJ•mol-1.在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=______,T1℃时,该反应的平衡常数K=______;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是______ (填字母编号).
a.通入一定量的NO b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂 d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q______0(填“>”或“<”).
④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______(填选项编号).
a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变
d.反应体系的压强不再发生改变
(3)铝电池性能优越,Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示:请写出该电池正极反应式______;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH=______ (不考虑溶液体积的变化).
正确答案
(1)①a、2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)═6AlCl(g)+6CO(g)△H=a kJ•mol-1
b、3AlCl(g)═2Al(l)+AlCl3(g)△H=b kJ•mol-1
依据盖斯定律a÷2+b得到:Al2O3(s)+3C(s)═2Al(l)+3CO(g)△H=0.5a+bKJ/mol;
故答案为:0.5a+b;
(2)①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)==0.032mol•L-1•min-1;C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g),平衡浓度c(N2)=0.25mol/L;c(CO2)=0.25mol/L;c(NO)=0.5mol/L;反应的平衡常数K=
=
=0.25;
故答案为:0.032mol•L-1•min-1,0.25;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g),依据图表数据分析,平衡状态物质浓度增大,依据平衡常数计算K==
=0.25,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增大,反应前后气体体积不变,所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮;
a.通入一定量的NO,新平衡状态下物质平衡浓度增大,故a正确;
b.加入一定量的活性炭,碳是固体对平衡无影响,平衡不动,故b错误;
c.加入合适的催化剂,催化剂只改变化学反应速率,不改变化学平衡,故C错误;
d.适当缩小容器的体积,反应前后体积不变,平衡状态物质浓度增大,故d;
故答案为:ad;
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应,故选<;
故答案为:<;
④恒容条件下,体积不变. a、无论反应是否达到平衡状态,单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g),故a错误;
b、该反应是放热反应,所以反应体系的温度随着反应的移动而改变,当平衡时,反应体系的温度不变,故b正确;
C、反应中有固体参加,反应前后气体的质量不等,所以当反应达到平衡时,混合气体的密度不再变化,故c正确;
d、无论反应是否达到平衡状态,压强始终不变,故d错误.
故答案为:bc;
(3)正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子,电极反应式为:Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-;根据反应中得失电子数相等计算,消耗27mg Al失去电子0.003mol,则需要氢氧根离子的物质的量=0.003mol,溶液中增加氢离子物质的量为0.003mol,则溶液中氢离子的浓度==0.01mol/L,PH=-lg0.01mol/L=2;
故答案为:Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-; 2;
化学电池分为__________,__________,__________,其中碱性锌锰电池属于__________ ,铅蓄电池属于__________。
正确答案
一次电池;二次电池;燃料电池;一次电池;二次电池
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