- 化学反应与能量
- 共8781题
“节能减排”,减少全球温室气体排放,意义十分重大。二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,科学家利用溶液喷淋“捕捉”空气中的
。
(1)使用过量溶液吸收
,反应的离子方程式为________;若含有3molNaOH的溶液“捕捉”了22.4L
气体(标准状况),则所得溶液中钠与碳元素的物料守恒关系式为__________(用离子浓度的关系式表示)。
(2)①以和
为原料可合成化肥尿素[
]。已知:
①
②
③
试写出和
合成尿素和液态水的热化学方程式__________。
②通过反应可转化为
,在催化剂作用下CO和
反应生成甲醇:
某容积可变的密闭容器中充有10molCO与20mol
,CO的平衡转化率(a)与温度、压强的关系如下图所示。
A.若A点表示在某时刻达到的平衡状态,此时容器的容积为VL,则该温度下的平衡常数K=__________;平衡状态B点时容器的容积_______VL。(填“大于”、“小于”或“等于”)
B.若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间_______
(填“>”、“<”或“=”)
C.在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是________(写出一种即可)。
正确答案
(1)CO2 + OH-=HCO3- c(Na+)=3[c(CO32—)+ c(HCO3—)+c(H2CO3)]
(2)①2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=—130.98KJ/mol;②a、0.01v2(mol.L-1)2 小于
b、> c、加压、降温或分离出甲醇
试题分析:(1)使用过量NaOH溶液吸收CO2生成碳酸氢钠,反应的离子方程式为CO2 + OH-=HCO3-
3molNaOH的溶液“捕捉”了1mol CO2气体,根据质量守恒定律钠是碳的3倍,所得溶液为碳酸钠和氢氧化钠的混合物,碳酸钠水解,溶液中含碳微粒有碳酸根、碳酸氢根和碳酸分子。钠与碳元素的物料守恒关系式为c(Na+)=3[c(CO32—)+ c(HCO3—)+c(H2CO3)];(2)①根据盖斯定律:①+②—③得NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=—130.98KJ/mol;②a:A点对应的α=0.5,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g).
起始(mol) 10 20 0
转化(mol) 5 10 5
平衡(mol) 5 10 5
则K= C(CH3OH)/ C2(H2)C(CO),容器的体积为VL,代入数据计算得K=0.01v2(mol.L-1)2;B点与A点温度相同,B点压强大于A点,所以平衡状态B点时容器的容积VB小于VL;b、C点温度高于A点,温度越高反应速率越快,达平衡的时间越短,所以若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA>tB;C.在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率,根据平衡移动原理,可采取的措施是加压、降温或分离出甲醇。
甲醇是一种重要的化工原料。甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源,具有广泛的应用前景。现有如下实验,在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CH3OH和1molH2O,一定条件下发生反应:CH3OH (g)+ H2O (g) CO2(g) +3 H2 (g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下表所示。
①已知:CH3OH (g)+ O2 (g)
CO2(g) + 2H2 (g) H1= —192.9kJ/mol
H2(g)+O2 (g)
H2 O(g) H2= —120.9kJ/mol
则甲醇与水蒸气催化重整反应的焓变△H3=_____ 。
②10~30 min内,氢气的平均反应速率v(H2)=___________mol/(L·min)。
③该反应的平衡常数表达式为K=__________________。
④下列措施中能使平衡时n(CH3OH)/n(CO2)减小的是(双选)___________。
A.加入催化剂 B.恒容充入He(g),使体系压强增大
C.将H2(g)从体系中分离 D.再充入1molH2O
(2)甲醇在催化剂条件下可以直接氧化成甲酸。
①在常温下,用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定20. 00 mL 0.1000 mol/L 甲酸溶液过程中,当混合液的pH=7时,所消耗的V(NaOH)___(填“<”或“>”或“=”) 20. 00 mL。
②在上述滴定操作中,若将甲酸换成盐酸,请在图中的相应位置画出相应的滴定曲线。(1滴溶液约0.04mL)
正确答案
(1)①-72.0kJ/mol (3分)
② 0.06 (3分)
③
④CD (3分,全对才给分)
(2)①< (2分)
②(起点1(1分);20.00mL对应7(1分);两个突跃点(1分))(3分)
试题分析: (1)①根据盖斯定律和已知方程式,可得甲醇和水蒸气催化重整的方程式=①-②,所以焓变△H3=H1—H2=" —192.9kJ/mol" +120.9kJ/mol=-72.0kJ/mol。
②根据已知方程式可得反应速率v(H2) =3v(CO2)=3×(0.6 mol/L-0.2 mol/L)÷20min="0.06" mol/(L·min)。
③参与该反应的都是气体,所以该反应的平衡常数表达式为。
④要使n(CH3OH)/n(CO2)减小,则采取的措施必须能使反应的平衡正向移动,所以A项加入催化剂不能改变平衡,A错误;B项恒容充入氦气,体系整体压强增大,但是实际参与反应的气体浓度没有发生改变,所以平衡不移动,B错误;C项将氢气从体系和中分离,氢气浓度减小,平衡正向移动,C可行;D项再充入H2O,同样使平衡正向移动,D可行;故选CD。
(2)①甲酸是一元弱酸,如果甲酸和等浓度的氢氧化钠等体积混合,则酸碱恰好完全中和生成甲酸钠盐溶液,但是甲酸钠水解呈碱性,所以要是混合后的溶液呈中性,则加入的碱应该小于20. 00 mL。
②若将甲酸换成盐酸,则恰好中和时溶液呈中性,且消耗的碱与酸体积相等都是20.00ml,所以用氢氧化钠滴定盐酸,其滴定曲线满足一般规律,起点pH=1,在终点处消耗氢氧化钠体积约为20.00ml,且溶液pH在4.3-9.7之间存在突变,根据描述画出滴定曲线图应该为:
氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)上图是1 mol NO2气体和1 mol CO气体反应生成CO2气体和NO气体过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: ;
已知:N2 (g)+2NO2 (g) 4NO(g) △H=+292.3kJ·mol—1,
则反应: 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 的△H= ;
(2)一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中充入20 mol NO2和5 mol O2发生反应: 4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g);已知体系中n(NO2)随时间变化如下表:
①写出该反应的平衡常数表达式:K= ,已知:K3000C>K3500C,则该反应是 反应(填“放热”或“吸热”);
②反应达到平衡后,NO2的转化率为 ,若要增大NO2的转化率,可采取的措施有
A.降低温度
B.充入氦气,使体系压强增大
C.再充入NO2
D.再充入4 mol NO2和1 mol O2
③图中表示N2O5的浓度的变化曲线是 ,用O2表示从0~500s内该反应的平均速率v= 。
正确答案
(1)NO2(g)+ CO(g)=CO2(g)+NO(g) △H=-234kJ·mol—1 (2分)
-760.3kJ·mol—1 (2分)(2)c2(N2O5)/ [c4(NO2) ·c(O2)] (1分) 放热(1分)
49.6% (2分) AD(2分) C (1分) 0.00151 mol·L—1·s—1(1分)
试题分析:(1)该反应的焓变△H=E1﹣E2=134KJ/mol﹣368KJ/mol=﹣234KJ/mol,所以热化学方程式为:NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1,
N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180kJ•mol﹣1 ①
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=﹣112.3kJ•mol﹣1 ②
NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1 ③根据盖斯定律,②+③×2﹣①,得化学方程式为:2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H=(﹣112.3kJ•mol﹣1)+(﹣234kJ•mol﹣1)×2﹣(+180kJ•mol﹣1)=﹣760.3kJ•mol﹣1,故答案为:NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1;﹣760.3kJ•mol﹣1;(2)①化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方之积除以反应物的浓度系数次方之积,所以K=;升高温度平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,而升高温度平衡向吸热的方向移动,所以逆反应吸热,则正反应放热,故答案为:
;放;②根据表格可知1000S时反应达到平衡,已反应的NO2为:20mol﹣10.08mol=9.92mol,NO2的转化率为
×100%=49.6%;再通入一定量氮气,没有引起体系中4NO2(g)+O2(g)⇌2N2O5(g)各物质浓度的变化,所以平衡不移动,转化率不变,故答案为:49.6%;不变;③因反应物的浓度在减少,生成物的浓度再增加,根据方程式可知O2是NO2的反应速率的
,N2O5和NO2的反应速率的
,则a为NO2的变化曲线;c为N2O5的变化曲线,d为氧气的变化曲线,0~500s内反应的平均速率v(NO2)=
=6.04×10﹣3mol/(L•s),v(O2)=v(NO2)×
=1.51×10﹣3mol/(L•s),故答案为:c;1.51×10﹣3mol/(L•s).
汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。
(1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2和N2。
①CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1<0
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2<0
③CH4(g) +2NO2(g)N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) △H3= 。(用△H1和△H2表示)
(2)在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应③,在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率见下表:
①写出该反应平衡常数的表达式K= 。
②若温度不变,提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比,则K将 。(填“增大”、“减小”或“不变”。)
③400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数 。
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1
图1 图2
①NiO电极上NO发生的电极反应式: 。
②收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO)︰V(NO2)=
(4)在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下,同时分别发生②③两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图象如图2所示:
①从图中可以得出的结论是
结论一:相同温度下NO转化效率比NO2的低
结论二:在250℃-450℃时,NOx转化率随温度升高而增大,450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小
结论二的原因是
②在上述NO2和CH4反应中,提高NO2转化率的措施有_________。(填编号)
A.改用高效催化剂 B.降低温度 C.分离出H2O(g) D.增大压强
E.增加原催化剂的表面积 F.减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]
正确答案
(1) (1分)
(2)① (1分) 不变 (2分)
② 17.4% (2分)
(3)① NO+ O2 --2e- = NO2 (2分)
② 1 : 1 (2分)
(4)① 原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行。 (1分)
450℃-600℃时,反应已达平衡,所以,温度升高平衡逆向移动,NOx转化率随温度升高而减小。(其他合理答案也给分) (1分)
② BCF (2分)
试题分析:(1)即为目标方程式③,所以,
(2)① 该反应的平衡常数的表达式
② 平衡常数K不受浓度和压强的影响,只受温度的影响,温度不变K不变。
③ 400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数为:
CH4(g) + 2NO2(g) N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)
n始 0.02 0.02 0 0 0
n转 0.006 0.02×0.6=0.012 0.006 0.006 0.012
n平 0.014 0.008 0.006 0.006 0.012
0.014 + 0.008 + 0.006 + 0.006 + 0.012 = 0.046
平衡时NO2的体积分数=
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪实际上就是应用原电池原理,从图1可知Pt电极(通入O2的一极)为电池的正极,NiO电极(通入NO的一极)为电池的负极,O2 –可以通过固体电解质移向负极。所以,
① NiO电极上NO发生的电极反应式:NO+ O2 --2e- = NO2。
②1×104L(标准状况下)尾气中含NOx的体积为:1×104L×1.12% = 112L,
NOx的物质的量为:。
设NO和NO2的物质的量分别为x、y mol,根据反应化学方程式①和②:
① CH4(g) + 4NO2(g)4NO(g) + CO2(g)+2H2O(g)
16g 4 4
m 1 y y m 1 = 4y
② CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)
16g 4
m 2 (x+y) m 2 = 4(x+y)
则: x+y = 5;4(x+y)+ 4y = 30
解得:x ="2.5" mol =" 2.5" mol
所以,尾气中V(NO)︰V(NO2) =" 1" ︰ 1 。
(4)①从图2 变化曲线分析,结论二的原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行;故NOx转化率随温度升高而增大;在在450℃-600℃时反应已达到平衡状态,因为该反应是放热反应,此时温度升高平衡逆向移动,故 NOx转化率随温度升高而减小。
② 由上述NO2和CH4反应的化学方程式的特点分析可知: 该反应是放热反应;该反应是扩大气体体积的反应。所以要提高NO2转化率,可降低温度,降低温度能使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;分离出H2O,相当于减小生成物的浓度,使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;减小投料比[n(NO2) / n(CH4)],相当于增加反应物CH4的浓度,使平衡正向移动,从而增大NO2转化率。而使用催化剂只能改变反应速率,不影响平衡移动,故NO2转化率不会变化。增大压强,平衡逆移,NO2转化率会减小。因此选B C F。
目前,消除氮氧化物污染有多种方法。
(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160 kJ·mol-1
③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·mol-1
写出CH4 (g)与NO2 (g)反应生成N2 (g) ,CO2(g)和H2O(l)的热化学方程 式_____________________
(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)某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(T。C)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下
①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据 是_______
A.容器内CO2的浓度保持不变
B.v正(N2)="2" v正(NO)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
E.混合气体的平均相对分子质量保持不变
②在T。C时.该反应的平衡常数为_______(保留两位小数);
③在30 min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是_______
(3)科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为:
2CO+2NON2+2CO2 ΔH<0研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率.为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反 应速率的影响规律、某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下表中。
①上表中:a=_______,b=________,e=________
②请在给出的坐标图中,画出上表中实验II和实验III条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明相应的实验编号
正确答案
(1) CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-955 kJ·mol-1。
(2) ①BC②0.56③减小CO2浓度
(3) ①280 1.20×10-3 5.80×10-3 ②
试题分析:(1)根据盖斯定律可知,①+②+③即得到CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955 kJ·mol-1。(2) ①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,所以选项B正确;根据方程式可知,反应前后体积是不变的,所以压强始终是不变的,则a不能说明;b中反应速率的方向相反,但不能满足速率之比是相应的化学计量数之比,不正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中容积始终是不变的,但质量是变化的;②反应进行到40min时,各种物质的浓度不再发生变化,说明反应已经达到平衡状态,则该反应的平衡常数K==
;③由表中的数据可以看到,在40min的时候,NO的浓度变小,说明反应向右进行,则N2和CO2增加,结果是只有N2增加,而CO2反而变小,只能说明是由于减小 CO2的浓度造成反应向右进行,且向右进行使CO2增加的量没有比CO2减小的量多。(3)①因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同,则应控制温度相同,所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响;Ⅱ、Ⅲ比表面积相同,温度不同,则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响;故答案为:280; 1.20×10-3;5.80×10-3;②因Ⅰ、Ⅱ温度相同,催化剂对平衡移动无影响,则平衡不移动,但Ⅱ的速率大,则Ⅱ先达到化学平衡,Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同;而Ⅲ的温度高,则反应速率最大且平衡逆移,即达到化学平衡时c(NO)增大,故答案为:
煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
(1)已知在25 ℃、101 kPa时,C(s)、H2(g)和CO(g)燃烧的热化学方程式分别为:
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1="-393.5" kJ/mol;
H2(g)+O2(g)
H2O(g) ΔH2="-241.8" kJ/mol;
CO(g)+O2(g)
CO2(g) ΔH3="-283.0" kJ/mol;
①则C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH= ,该反应平衡常数的表达式为K= ;升高温度,则K值 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
②如果①反应在容积不变的密闭容器中进行,当反应达到平衡时 (填编号)。
a.v正(CO)∶v逆(H2)=1∶1
b.碳的质量保持不变
c.v正(CO)=v逆(H2O)
d.容器中的压强不变
③在容积不变的密闭容器中进行①反应,可以使c(CO)增大的是 。
a.升高温度
b.充入He(g),使体系压强增大
c.将H2(g)从体系中分离出来
d.加入催化剂
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下2组数据:
①实验1中以v(CO2)表示的反应速率为 。
②向实验2的平衡混合物中再加入0.4 mol H2O(g)和0.4 mol CO2,达到新平衡时CO的转化率 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
正确答案
(1)①+131.3 kJ/mol 变大
②abcd ③ac
(2)①0.16 mol/(L·min) ②变小
(1)①根据盖斯定律,可得ΔH="+131.3" kJ/mol,为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数变大;②a项,生成CO的速率等于生成H2的速率又等于消耗H2的速率,正确;b项,碳的质量保持不变,则气体的量不变,正确;c项,CO的生成速率等于H2O的消耗速率又等于H2O的生成速率,正确;d项,该反应气体计量数之和前后不同,则压强不变,能说明反应达到平衡,正确;③升高温度,平衡正向移动,c(CO)增大,a正确;充入He(g),压强增大,但平衡不移动,c(CO)不变,b错误;将H2(g)从体系中分离出来,平衡正向移动,c(CO)增大,c正确;催化剂不改变平衡状态,d错误。
(2)①可以先求出v(CO)=mol/(L·min)="0.16" mol/(L·min),根据反应速率之比等于计量数之比,
则v(CO2)="0.16" mol/(L·min);
②根据三段式计算,求得平衡状态各物质的物质的量,
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始量mol: 2 1 0 0
转化量mol: 0.4 0.4 0.4 0.4
平衡量mol: 1.6 0.6 0.4 0.4
容器体积为2 L,则K==
=
,再加入0.4 mol H2O(g)和0.4 mol CO2,Qc=
=
=
>
,根据化学平衡常数只与温度有关,即K不变,则平衡逆向移动,故CO转化率变小。
甲醇是一种很好的燃料,工业上可用多种原料通过不同的反应制得甲醇。
(1)已知在常温常压下:
(2)工业上正在研究利用来生产甲醇燃料的方法,该反应为:
在某温度下,将6mol CO2和8molH2充入容积为2L的密闭容器中,8分钟时达平衡状态,H2的转化率为75%。请回答:
②用CH3OH表示该反应在0-8min内的平均反应速率v(CH3OH)=____.
②此温度下该反应平衡常数K=____________mol;
③若在上述平衡体系中,再充入2mol H2,反应达到平衡后H2的转化率____________75% (填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)一氧化碳与氢气也可以合成甲醇:
①若该反应在恒温恒容条件下进行,下列说法正确的是____;
a.若混合气体的密度不再改变,说明反应已达化学平衡状态
b.反应达到平衡后,通入CH3OH(g)使压强增大,平衡向右移动
c.反应达到平衡后,通入氩气使压强增大,平衡向右移动
d.反应达到平衡后,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小
e.若使用催化剂,会改变反应的途径,但反应的不变
②某温度下,在一个容积为2L的密闭容器中进行该反应,已知此温度下的平衡常数K=50L2/mol2,反应到某时刻测得各组分的物质的量如下:
请比较此时正、逆反应速率的大小:(填“>”、“<”或“=”)
正确答案
(1)-1275.6 (2)① 0.125 mol/(L·min) ②0.5 ③小于 (3)① d e ② =
试题分析:(1)将①×2+②-③×4得2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)ΔH="{-442.8×2-566-(-44)" ×4}KJ/mol=-1275.6 KJ/mol.
(2)①V(H2)=ΔC(H2)/Δt={(8mol÷2L)×75%}÷8min= 0.375 mol/(L·mol); 3V(CH3OH)= V(H2),所以V(CH3OH)="1/3" V(H2)=0.375mol/(L·mol) ÷3=0.125 mol/(L·min) . ②在反应开始时C(CO2)="3mol/L," C(H2)=4mol/L,C(CH3OH)=0,C(H2O)=0.当反应达到化学平衡时,C(CO2)="2mol/L," C(H2)="1mol/L," C(CH3OH) =1mol/L,C(H2O)="1mol/L." 此温度下该反应平衡常数K="{" C(CH3OH)·C(H2O)} ÷ { C(CO2) · C(H2)}="{1×1}" ÷{2×1}=0.5.③当反应达到平衡后若再充入2mol H2,化学平衡正向移动,但平衡移动消耗的H2的物质的量远远小于投入量,所以 H2的转化率比75% 要小。即当可逆反应达到化学平衡时,加入反应物,能使其它反应物的转化率提高,但它本身的转化率反而降低。
(3)①a由于该反应是在恒温恒容条件下进行,无论反应是否达到平衡混合气体的密度不会发生改变。错误。b.反应达到平衡后,通入CH3OH(g), CH3OH(g)的浓度增大,平衡向左移动。错误。c.反应达到平衡后,通入氩气使压强增大,由于反应混合物个物质的浓度没变,所以平衡不移动。错误。d.反应达到平衡后,升高温度,化学平衡向吸热反应方向即平衡逆向移动,平衡常数减小。正确。e.若使用催化剂,会改变反应的途径,反应速率改变,但不能使化学平衡发生移动。正确。选项为:d e.
②在某时刻C(CO)=0.2mol/L,C(H2)=0.2mol/L,C(CH3OH)="0.4mol/L." C(CH3OH) ÷{ C(CO) ·C(H2)} =" 0.4mol/L" ÷(0.2mol/L×(0.2mol/L)2)= 50L2/mol2=K.所以反应达到化学平衡,此时V正=V逆
运用反应原理研究氮、硫、氯、碘及其化合物的反应有重要意义。
(1)在反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的混合体系中,SO3的百分含量和温度的关系如下图(曲线上任何一点都表示平衡状态):
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H 0(填“>”或“<”);若在恒温、恒压时,向该平衡体系中通入氦气平衡将 移动(填“向左”、“向右”或“不”);
②当温度为T1,反应进行到状态D时,V正 V逆(填“>”、“<”或“=”)。
(2)①下图是一定条件下,N2和H2发生可逆反应生成1mol NH3的能量变化图,该反应的热化学反应方程式 。(△H用含Q1、Q2的代数式表示)
②25°C时,将a mol • L―1的氨水与b mol • L―1的盐酸等体积混合,所得溶液的pH=7,则c (NH4+) c(Cl―),a b(填“>”、“<”或“=”);
(3)海水中含有大量以化合态形式存在的氯、碘元素。已知:250C时,Ksp(AgCl)=1.6×10―10mol2•L―2、Ksp(AgI)=1.5×10―16mol2•L―2。
在 250C时,向 10mL0.002mol•L―1的 NaCl溶液中滴入 10mL0.002mol•L―1AgNO3溶液,有白色沉淀生成,向所得浊液中继续滴人0.1mol •L―1的NaI溶液,白色沉淀逐渐转化为黄色沉淀,其原因是 ,该反应的离子方程式 。
正确答案
(1)①< 向左 ②>
(2)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-2(Q2-Q1)KJ·mol-1
(或1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g) △H=-(Q2-Q1)KJ·mol-1)
②= >
(3)KSP(AgCl)>KSP(AgI) AgCl+I-=AgI+Cl-
试题分析:(1)①读图可知,随着温度升高,SO3的百分含量减小,前者使平衡向吸热方向移动,后者说明平衡向逆反应方向移动,因此逆反应是吸热反应,则正反应是△H<0的放热反应;恒温恒压时通入惰性气体,必须增大容器的体积、减小反应物和生成物的浓度,就是减小平衡体系的压强,由于正反应是气态物质体积减小的方向,减小压强使平衡向气态物质体积增大的方向移动,即平衡向左或逆反应方向移动;②SO3的百分含量:D1时的不平衡状态,反应应该向SO3的百分含量增大或正反应的方向进行,所以v正>v逆;(2)①读图可知,生成1molNH3(g)时放出的热量为(Q2—Q1)kJ,则1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g) △H =—(Q2—Q1)kJ•mol―l,若系数加倍,则N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) △H =—2(Q2—Q1)kJ•mol―l;根据电解质溶液中电荷守恒可知,溶液中c(H+)+c(NH4+)=c(Cl―)+c(OH―),由于25℃时溶液的pH=7,则c(H+)= c(OH―),因此溶液中c(NH4+)=c(Cl―);由于NH3•H2O+HCl=NH4Cl+H2O,假设a=b,酸碱完全中和后得到的NH4Cl是强酸弱碱盐,所得溶液显弱酸性,pH<7,因此盐酸一定要不足,氨水一定要适当过量,所以a>b;(3)由于NaCl=Na++Cl―,则c(Cl―)=0.002mol•L―1,由于AgNO3=Ag++NO3―,则c(Ag+)=0.002mol•L―1;等体积混合后,c(Cl―)=0.001mol•L―1、c(Ag+)=0.001mol•L―1;由于AgCl(s)
Ag++Cl―,则Qc(AgCl)=10―3 mol•L―1×10―3 mol•L―1=10―6 mol2•L―2> Ksp(AgCl),故有白色沉淀生成;由于Ksp(AgCl)> Ksp(AgI),根据沉淀转化的规律可知,白色沉淀容易转化为黄色沉淀,即AgCl(s)+I―
AgI(s)+Cl―,该反应的平衡常数K=c(Cl―)/c(I―)="[" c(Ag+)•c(Cl―)]/[ c(Ag+)•c(I―)]=Ksp(AgCl)/Ksp(AgI)= 1.6×10―10/1.5×10―16=1.07×106>105,因此正反应几乎进行到底,则该反应为AgCl(s)+I―=AgI(s)+Cl―。
I.工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
(1)“图1”表示反应中能量的变化,曲线 (填“a或b”)表示使用了催化剂;该反应的热化学方程式为 。
(2)若容器容积不变,下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。
(3)其他条件不变,请在“图2”中画出温度为T2(且T2
II.向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液,充分搅拌,弃去上层清液,如此处理多次,可使BaSO4全部转化为BaCO3,发生的反应可表示为:BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)。
(4)现有0.20 mol BaSO4,加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na2CO3溶液处理,假设起始的c(SO42-)≈0,平衡时,K=4.0×10-2,求达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程,计算结果保留2位有效数字)
正确答案
(16分)
(1)b(1分)
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol (3分,方程式含状态符号正确给1分;反应热2分,其中单位写错扣1分,但结果或符号写错不给分,可逆符号也可以写成等号)
(2)BD(4分,答对1个给2分,但错选不给分)
(3)如图(2分,作图1分,标注1分)
(4)解:设发生转化的BaSO4的物质的量为x mol ,则平衡时c(SO42-)为x mol/L
BaSO4 + CO32- BaCO3 + SO42-
起始浓度/mol•L-1 2.0 0
变化浓度/mol•L-1 x x
平衡浓度/mol•L-1 2.0-x x
K==
= 4.0×10-2(2分,单位无写不扣分)
解得:x = 7.7×10-2 (或0.077) 即发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10-2 mol。(2分,单位及有效数字错误各扣1分)
试题分析:(1)读图,反应物能量高于生成物能量,该反应的焓变为-91kJ/mol,曲线b有2个峰,a只有1个峰,且前者的2个峰均低于后者的1个峰,说明b使用了催化剂,将1个化学反应变为2个先后或连续发生的化学反应,且降低了反应的活化能,但是对总反应的焓变无影响,所以该反应的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol;(2)由于正反应是放热反应,其它条件相同时,升高温度平衡向逆反应方向移动,则CO平衡转化率减小,故A错误;甲醇是生成物,从平衡体系移走生成物,减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,反应物平衡转化率增大,故B正确;由于容器容积不变,虽然充入氦气增大压强,但是平衡体系各组分的物质的量、物质的量浓度均不变,所以平衡不能移动,反应物平衡转化率保持不变,故C错误;再充入1molCO和2molH2,就是增大压强,由于正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,反应物的平衡转化率增大,故D正确;(3)读图,横坐标表示氢气和一氧化碳的起始组成比,纵坐标表示CO的平衡转化率;当氢气和一氧化碳的起始组成比为0时,CO的平衡转化率为0;当氢气和一氧化碳的起始组成比相同且不为零时,由于正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大;当氢气和一氧化碳的起始组成比增大时,增大氢气的浓度,平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大;根据上述要点作图,可以画出温度为T2时,CO的平衡转化率随氢气和一氧化碳的起始组成比变化的示意图;(4)设硫酸钡溶解的物质的量为xmol,由于BaSO4 + CO32-
BaCO3 + SO42-中各物质的系数之比等于物质的量之比,则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量均为xmol,由于饱和碳酸钠溶液的体积为1L,由于c=n/V,则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量浓度均为xmol/L,由此推断该可逆反应中有关组分的(起始、变化、平衡)浓度,则:
BaSO4 + CO32- BaCO3 + SO42-
起始浓度/mol•L-1 2.0 0
变化浓度/mol•L-1 x x
平衡浓度/mol•L-1 2.0-x x
K==
= 4.0×10-2
解得:x = 7.7×10-2 (或0.077)
即发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10-2 mol。
尿素(H2NCONH2)是一种非常重要的高氮化肥,在工农业生产中有着非常重要的地位。
(1)工业上合成尿素的反应如下:
2NH3(l)+CO2(g)H2O(l)+H2NCONH2(l) △H=-103.7 kJ·mol-1
下列措施中有利于提高尿素的生成速率的是
(2)合成尿素的反应在进行时分为如下两步:
第一步:2NH3(l)+CO2(g) H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l) △H1
第二步:H2NCOONH4(l) H2O(l)+H2NCONH2(l) △H2.
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和l mol二氧化碳,实验测得反应中各组分随时间的变化如下图I所示:
①已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第 步反应决定,总反应进行到 min时到达平衡。
②第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上图II所示,则△H2 0(填“>” “<” 或 “=”)
(3)在温度70-95℃时,工业尾气中的NO、NO2可以用尿素溶液吸收,将其转化为N2
①尿素与NO、NO2三者等物质的量反应,化学方程式为
②已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g).△H=180.6 kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-92.4 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6 kJ·mol-1
则4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H= kJ·mol-1
(4)尿素燃料电池结构如上图III所示。其工作时负极电极反应式
可表示为 。
正确答案
(1)A B C (2分)
(2)①2(2分); 55(2分)② >(2分)
(3)①CO(NH2)2+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O(2分)
②―1627.2kJ·mol―1(2分)
(4)CO(NH2)2+H2O―6=CO2+N2+6H+(2分)
试题分析:(1)2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l)△H=-103.7kJ·mol-1,反应是放热反应,反应前后气体体积减小;有利于提高尿素的生成速率需要依据影响化学反应速率的因素进行分析,
A.采用高温,反应是放热反应,平衡逆向进行,但反应速率增大,A符合;
B.反应由气体参加,反应前后气体体积减小,采用高压,增大压强,反应正向进行,反应速率增大,B符合;
C.寻找更高效的催化剂,催化剂可以加快反应速率,但不改变平衡,C符合;
D.减小体系内CO2浓度平衡逆向进行,反应速率减小,D不符合;
故答案为:ABC;
(2)①由图象可知在15分钟左右,氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应,氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡,发生的是第二部反应,从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢,所以已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第二步决定,由图象变化可知当进行到55分钟时,反应达到平衡,
故答案为:2;55;
②第二步反应的平衡常数K随温度的升高增大,说明反应是吸热反应,△H2>0,故答案为:>;
(3)①工业尾气中的NO、NO2可以用尿素溶液吸收,将其转化为N2,尿素与NO、NO2三者等物质的量反应,生成二氧化碳、氮气和水,反应的化学方程式为:CO(NH2)2+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O,故答案为:CO(NH2)2+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O;
②a、N2(g)+O2(g)═2NO(g).△H=180.6kJ·mol-1
b、N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ·mol-1
c、2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ·mol-1
依据盖斯定律c×3-2×b-2×a得到,4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)═4N2(g)+6H2O(g)△H=-1627.2KJ·mol-1,故答案为:―1627.2KJ·mol-1;
(4)依据尿素燃料电池结构,尿素在负极发生氧化反应失电子生成二氧化碳和氮气,氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,酸性介质中实际生成水,负极电极反应为:
CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+;正极电极反应为O2+4H++4e-=2H2O,故答案为:CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+.
甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
(1)制备合成氨原料气H2,可用甲烷蒸汽转化法,主要转化反应如下:
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH4(g) + 2H2O(g) CO2(g) +4H2(g) ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是 。
(2)工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2],反应的化学方程式为:2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l),该反应的平衡常数和温度关系如下:
① 反应热ΔH(填“>”、“<”或“=”)_______0。
② 在一定温度和压强下,若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比),下图是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(α)的关系。求图中的B点处,NH3的平衡转化率。
(3)已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时,a口放出的物质为_________,该电池正极的电极反应式为:____ ,工作一段时间后,当3.2g甲烷完全反应生成CO2时,有 mol 电子发生转移。
正确答案
(16分)
(1)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH = -41.2 kJ/mol (3分)
(2)① < (2分)
②32% (计算过程见解析)
(3)CO2(2分) O2+4e-+4H+=2H2O(2分) 1.6 (2分)
试题分析:(1)先对已知热化学方程式编号为①②,观察发现②—①可得,CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),其焓变=②的焓变—①的焓变=ΔH = -41.2 kJ/mol,由此可得一氧化碳交换反应的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH = -41.2 kJ/mol;(2)①读表格中信息可得,随着温度的升高,该反应的平衡常数逐渐减小,根据平衡移动原理和平衡常数计算表达式可知,升高温度平衡向吸热方向移动,平衡常数减小时平衡向逆反应方向移动,因此逆反应是吸热反应,正反应是放热反应,正反应的反应热△H<0;B点的横坐标为4.0,纵坐标为64%,依题意可知n(NH3)/n(CO2)=4.0,CO2的平衡转化率为64%,设起始时CO2的物质的量为1mol,则NH3的物质的量为4.0mol,CO2的变化物质的量为0.64mol,则:
2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l)
起始物质的量(mol) 4.0 1.0
变化物质的量(mol) 1.28 0.64
平衡物质的量(mol) 2.72 0.36
则NH3的平衡转化率:α(NH3)= ×100% = 32%
(3)燃料电池工作时,内电路中氢离子从负极向正极移动,观察甲烷酸性燃料电池装置图可知,左边电极为负极,右边电极为正极,甲烷在负极上发生氧化反应,生成的二氧化碳气体难溶于酸性电解质溶液,则a口放出的物质是二氧化碳气体;氧气在正极上发生还原反应,根据电子、电荷、原子守恒原理可得:O2+4e—+4H+=2H2O (注意不能写成O2+4e—+2H2O=4OH—,因为酸性电解质溶液中不能大量存在氢氧根离子);由于甲烷的相对分子质量为16,则3.2g甲烷的物质的量为0.2mol,负极反应式为CH4—8e—+2H2O=CO2+8H+,其中转移电子与甲烷的系数之比等于物质的量之比,则转移电子的物质的量为1.6mol。
(10分)如右图所示,常温下电解5 min后,铜电极质量增加2.16g。
试回答:
(1)电源电极X名称为_______(填“正极”或“负极”)。
(2)电解池B中阴极的电极反应式是__________。
(3)若A中KCl溶液的体积是200mL,电解后溶液的
pH=_________(忽略电解前后溶液体积的变化)。
若要使电解后的溶液恢复到与电解完完全相同,应加入的物质是__________。
(4)已知在l0lkPa时,CO的燃烧热为283 kJ/mol。相同条件下,若2 molCH4完全燃烧生成液态水,所放出的热量为1 mol CO完全燃烧放出热量的6.30倍,则CH4完全燃烧的热化学方程式为__________。
正确答案
(1)负极 ,(2)Ag++e-=== Ag (3)13,HCl
(4) CH4(g)+O2(g)=== CO2(g)+2H2O(l) △H =" -" 891.45kJ/mol
试题分析:(1)由铜电极的质量增加,发生Ag++e-=Ag,则Cu电极为阴极,可知X为电源的负极,Y为电源正极;(2)B中阴极反应为Ag++e-=Ag;(3)由A中发生2KCl+2H2O2KOH+;依据上述计算可知电路中转移电子0.02mol,由电子守恒可知,转移0.02mol电子时生成0.02molKOH,忽略溶液体积的变化则c(OH-)=0.02mol/0.2L=0.1mol•L-1,c(H+)=10-13mol/L,pH=13;因为有H2和Cl2析出,故应加入HCl可使之恢复原状态。(4)2 molCH4完全燃烧生成液态水,所放出的热量为1 mol CO完全燃烧放出热量的6.30倍,故1mol CH4放出的热量为891.45kJ,所以CH4完全燃烧的热化学方程式为CH4(g)+O2(g)=== CO2(g)+2H2O(l) △H =" -" 891.45kJ/mol。
(18分)在容积不同的多个密闭容器内,分别充入同量的N2和H2,在不同温度下,同时发生反应N2+3H22NH3,并分别在t秒时测定其中NH3的体积分数,绘图如右:
(1)A,B,C,D,E五点中,尚未达到化学平衡状态的点是 。
(2) 向一恒容容器中加入1 mol N2 和3 mol H2,T3时,测得体系压强为原来的7/8,并放出23.1 kJ的热量,则该反应的热化学方程式为 。
(3)当上述反应处于平衡状态时,在体积不变的条件下,下列措施中有利于提高NH3产率的有 (填字母)
E.加入催化剂 F.吸收NH3 G.通入N2
(4)AC段的曲线和CE段曲线变化趋势相反,试从反应速率和平衡角度说明理由。
。
正确答案
(1) AB (2) (3)BCFG
(4) AC段,反应开始时温度升高,反应速率增大,反应向正反应方向进行,生成NH3;CE段,已经达到平衡,升高温度使平衡向逆反应方向移动NH3%变小
试题分析:(1)N2、H2合成NH3反应是放热的,升高温度平衡逆向移动,NH3的百分含量降低,所以升高温度NH3的百分含量升高,说明反应未答平衡。因此AB两点是未达到平衡的点。
(2) N2 + 3H2 = 2NH3
起始 1mol 3mol 0
反应 xmol 3xmol 2xmol
T3时 (1-x)mol (3-3x)mol 2xmol
根据T3时体系压强为原来的7/8,则有,所以x=0.25mol。
所以生成0.5molNH3放热23.1 kJ,则热化学方程式为N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol。
(3)根据N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol可知,增大压强,降低温度,吸收氨气,通入氮气,都可以增加氨气的产率。
(4)从AC段可以看出平衡正向移动,说明反应没有达到平衡,所以升高温度扔正向移动,CE段可以看出平衡逆向移动,说明反应达到平衡,升高温度平衡逆向移动。
点评:本题综合性强,主要考查学生分析问题的能力,是高考的热点习题。
(10分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇和水,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的热值分别为143kJ· g-1、10kJ·g-1和23kJ·g-1。请回答下列问题:
(1)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_ ______;
(2)在直接以甲醇为燃料电池中,电解质溶液为碱性,负极的反应式为_____ , 总反应式 。
(3)在350℃时,保持温度不变,将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中,充分反应生成甲醇蒸汽和水蒸气达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为______;若350℃时,保持温度不变,将1molCO2和3molH2充入一密闭恒压器中,充分反应达到平衡后,若CO2转化率为b,则a b(用“>、=、<”表示)
正确答案
(10分)(1)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-456KJ/mol
(2)CH3OH+8OH- -6e-=CO32-+6H2O ; 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。
(3)1-a,<
(1)H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为:286kJ· mol-1、280kJ· mol-1、713kJ· mol-1;由盖斯定律求解:
2CO(g) + O2(g) =2CO2(g) △H=-560KJ mol-1②
CH3OH(l)+3/2 O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H=-736kJ·mol-1③
将③-②/2可知:CH3OH(l)+ O2(g)="CO(g)+2" H2O(l) △H=-456kJ·mol-1
(2)总反应:2CH4O + 3O2 + 4OH—= 2CO32- + 6H2O
负极:CH3OH+8OH- -6e-=CO32-+6H2O 正极:O2 + 4e– + 2H2O→ 4OH–
(3)CO2 + 3H2 CH3OH + H2O
初n: 1mol 1mol 0 0
△n: a 3a a a
平n: 1-a 1-3a a a
恒容下,由压强比等于物质的量比可得到:(2-2a)/2=1-a
该反应是正反应的气体系数减小,随着反应的进行,气体的物质的量减小,所以恒容下达到平衡相对于恒压是减压,所以a
(13分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为−285.8kJ·mol-1、−283.0kJ·mol-1和−726.5kJ·mol-1。
请回答下列问题:
(1)常温下用太阳能分解10mol液态水消耗的能量是_____________kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为___________;
(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考查温度对反应的影响,实验结果如右图所示(注:T1、T2均大于300℃);下列说法正确的是_______(填序号)
①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= mol·L-1·min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时增大
正确答案
(1)2858 (4分)(2) CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-443.5kJ·mol-1(5分)
(3)③④ (4分)
(1)根据氢气的燃烧热可知,分解10mol水需要的能量是285.8kJ·mol-1×10mol=2858kJ。
(2)CO和甲醇完全燃烧的方程式分别为①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=−283.0kJ·mol-1、②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H =−726.5kJ·mol-1。根据盖斯定律可知,②-①即得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l),所以△H=−726.5kJ·mol-1+283.0kJ·mol-1=-443.5kJ·mol-1。
(3)CO2和H2合成甲醇的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)。由图像可知B曲线先得到平衡,因此温度T2>T1,温度高平衡时甲醇的物质的量反而低,说明正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,不利于甲醇的生成,平衡常数减小,即②错③正确;温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的物质的量为
mol,此时甲醇的浓度为
,所以生成甲醇的平均速率为:v(CH3OH)=
mol·L-1·min-1,因此①不正确;因为温度T2>T1,所以A点的反应体系从T1变到T2时,平衡会向逆反应方向移动,即降低生成物浓度而增大反应物浓度,所以④正确。答案选)③④。
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