- 化学反应与能量
- 共8781题
开学初,小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行,面额10元,每人限兑20枚,且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通,必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误,国家无权规定纪念币的实际购买力;④错误,纪念币与同面额人民币等值流通,在任何时间地点都可使用;由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币,可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能,因其发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间,故②③正确。
知识点
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下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(K)。
由表中数据判断ΔH1 0 (填“>”、“=”或“<”)。
②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则CO的转化率为 ,此时的温度为 (从上表中选择)。
(2)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(l) ΔH1=-1451.6kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH2=-566.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
(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该电池的能量转化形式为 。
②该电池正极的电极反应为 。
③工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的化学方程式为 。
正确答案
(1)①<(2分) ②80%(2分) 250℃(2分)
(2)CH3OH(l) + O2(g) = CO(g) + 2H2O(l) ΔH1=-442.8kJ/mol(3分)
⑶①化学能转化为电能(2分)
②O2 + 2H2O +4e- = 4OH-(2分)
③2CH3OH + 3O2 + 4OH-= 2CO32-+ 6H2O(3分
试题分析:(1)①由题给数据分析,随着温度的升高,平衡常数减小,平衡向逆向移动,升温平衡向吸热方向移动,该反应正向为放热反应,ΔH1<0;②利用三行式进行计算。按反应II充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol/L,设转化的CO的物质的量浓度为x,
CO(g)+2H2 (g)CH3OH (g)
起始量(mol/L) 1 3 0
变化量(mol/L) x 2x x
平衡量(mol/L) 0.2 3-2x x
分析知x=0.8mol/L
平衡时各物质的浓度:c(CO)=0.2mol/L,c(H2)=1.4mol/L,c(CH3OH)=0.8mol/L;一氧化碳的转化率=0.8/1×100%=80%,K=0.8/0.2×1.42=2.041,由表格可知温度为250℃;(2)由盖斯定律,①-②得:2CH3OH(l)+2O2(g)═2CO(g)+4H2O(l),△H=-885.6 kJ∕mol,热化学反应方程式为:CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ∕mol;(3)①分析知此装置为甲醇燃料电池,该电池的能量转化形式为化学能转化为电能;②正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根,所以其电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-;③负极上甲醇失电子和氢氧根反应生成碳酸根和水,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根,所以其电池反应式为:2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。
(16分)
用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可以提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g)1/4CaS(s)+CO2(g) △H1=-47.3kJ/mol
②CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+ CO2(g)+ SO2(g) △H2=+210.5kJ/mol
③CO(g)1/2C(s)+1/2CO2(g) △H3=-86.2kJ/mol
(1)反应2 CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+C(s)+6CO2(g)+SO2(g)的△H= (用△H1△H2△H3表示)。
(2)反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18.结合各反应的△H,归纳lgK~T曲线变化规律:
a)
b)
(3)向盛有CaSO4的真空恒容容器中充入CO,反应①于900 ºC达到平衡,c平衡(CO)=8.0×10-5mol·L-1,计算CO的转化率(忽略副反应,结果保留2位有效数字)。
(4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入 。
(5)以反应①中生成的CaS为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生成CaSO4,该反应的化学方程式为 ;在一定条件下CO2可与对二甲苯反应,在其苯环上引入一个羧基,产物的结构简式为 。
正确答案
(1)4△H1+△H2+2△H3;
(2)a)、放热反应的lgK随温度升高而下降; b)、放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大;
(3)99%
(4)CO2
(5)CaS+2O2CaSO4,
试题分析:(1)根据盖斯定律可得2 CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+C(s)+6CO2(g)+SO2(g)的△H=①×4+②+③×2=4△H1+△H2+2△H3;
(2)由图像及反应的△H可知,a)、反应①③是放热反应,随温度升高,lgK降低;反应②是吸热反应,随温度升高,lgK增大;b)、从图像上看出反应②、③的曲线较陡,说明放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大;
(3)由图可知,反应①于900 ºC的lgK=2,则K=100, c平衡(CO)=8.0×10-5mol·L-1,平衡时c平衡(CO2)=100×8.0×10-5mol·L-1=8.0×10-3mol·L-1,根据反应1/4CaSO4(s)+CO(g)1/4CaS(s)+CO2(g)可知,消耗CO的浓度是8.0×10-3mol·L-1,则开始时c(CO)=8.0×10-5mol·L-1+8.0×10-3mol·L-1=8.08×10-3mol·L-1,所以CO的转化率为8.0×10-3mol·L-1/8.08×10-3mol·L-1×100%=99%,;
(4)根据方程式可知,二氧化碳中含有气体杂质SO2,可在CO中加入适量的CO2,抑制二氧化硫的产生;
(5)CaS转化为CaSO4,从元素守恒的角度分析,CaS与氧气发生化合反应,原子的利用率100%,生成CaSO4,化学方程式为CaS+2O2CaSO4,CO2与对二甲苯发生反应,所得产物中含有羧基,因为苯环的氢原子只有1种,所以产物的结构简式只有1种为
。
研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。
已知:Fe2O3(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H 1 =" +489.0" kJ·mol-1
C(石墨) +CO2(g) = 2CO(g) △H 2 =" +172.5" kJ·mol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为 。
(2)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式
CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②取一定体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比为1∶3),加入恒容密闭容器中,发生上述反应。反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图A所示,则该反应的ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。
③在两种不同条件下发生反应,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图B所示,曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ KⅡ(填“>” 或“<”)。
(3)以CO2为原料还可以合成多种物质。①工业上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应方程式为 。当氨碳比=3,达平衡时CO2的转化率为60%,则NH3的平衡转化率为 。
②用硫酸溶液作电解质进行电解,CO2在电极上可转化为甲烷,该电极反应的方程式为 。
正确答案
(1)Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol-1(3分)(方程式、状态正确给1分,△H符号、数据、单位正确给2分)
(2)① (2分) ②<(2分) ③>(2分)
(3)①2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O(2分)(配平错扣1分)
40%或0.4(2分)
②CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O(3分)(配平错扣2分)
试题分析:(1)根据已知方程式和盖斯定律,所求方程式可由①-②×3得,△H = △H 1-3△H 2 =" +489.0" kJ·mol-1-3×172.5 kJ·mol-1 =—28.5 kJ·mol-1 ,所以CO还原氧化铁的热化学方程式为:Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol-1 。
(2)①根据给出的热化学方程式可得出该反应的平衡常数表达式为:K= ,
②图A中生成物甲醇的体积分数随着温度升高呈现出先增大后减小的变化,可以分析为达到最高点之前反应并未达到平衡,随温度升高反应速率加快,甲醇含量不断增大;当达到一定值时,反应达到平衡,此时再升高温度平衡发生移动,甲醇含量下降可以看出平衡逆向移动,所以该反应正反应为放热反应,ΔH<0。
③图B中不同条件下反应达到平衡时得到的甲醇的物质的量I>Ⅱ,所以I条件下的反应进行程度更大,所以KⅠ>KⅡ 。
(3)①工业用CO2和NH3在一定条件下合成尿素,该反应方程式可以由C:N比进行配平,所以方程式为: 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O;根据方程式中的系数可知,反应的n(NH3)=2n(CO2),而总的n(NH3)=3n(CO2),所以假设的CO2有1mol,则有n(NH3)=3n(CO2)=3mol,反应的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨气的平衡转化率为40%。
②在酸性电介质中发生电解反应,考虑氢离子参加反应,CO2在电极上得电子被还原为甲烷,有水生成,所以电极反应式为:CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O。
甲醇是一种常用的燃料,工业上可以用CO和H2在一定条件下合成甲醇。
(1)已知CO(g)、H2(g)、CH3OH(1)的燃烧热△H分别为:-283.0kJ/mol、-285.8 kJ/mol、-726.5kJ/mol,则CO合成甲醇的热化学方程式为: 。
(2)在恒容密闭容器中CO与H2发生反应生成甲醇,各物质浓度在不同条件下的变化状况如图所示(开始时氢气的浓度曲线和8分钟后甲醇的浓度曲线未画出。4分钟和8分钟改变的条件不同):
①下列说法正确的是
②计算0~2min内平均反应速率v(H2)=
③在3min时该反应的平衡常数K= (计算结果)
④在图中画出8~12min之间c(CH3OH)曲线
(2)2009年,中国在甲醇燃料电池技术上获得突破,组装了自呼吸电池及主动式电堆,其装置原理如图甲。
①该电池的负极反应式为: 。
②乙池是一铝制品表面“钝化”装置,两极分别为铝制品和石墨。
M电极的材料是 ,该铝制品表面“钝化”时的反应式为: 。
正确答案
化学反应式或方程式未配平的均扣1分
(1)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-128.1kJ/mol (2分,方程式1分,反应热2分,状态错误扣1分,计量数错误不得分。)
(2) ① BD (2分,少选扣1分,有错选不得分)
② 0.4mol/(L·min) 或6.67×10-3 mol·L-1·s-1(2分,无单位不得分)
③ 0.99 (2分,数值在1.0~0.98之间均得分,写成“”或“
” 得1分,单位不做要求。)
④
(3)① CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6 H+ (2分,无“↑”或计量数不是最简不扣分;其他书写不得分。)
② 铝制品(1分,写“Al”或“铝”均可,其他书写不得分)
2Al-6e-+6HCO3-=Al2O3+6CO2↑+3H2O(3分,或“Al-3e-=Al3+,Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑,2Al(OH)3=Al2O3+3H2O”各1分,无“↑”或计量数不是最简不扣分;其他书写不得分。)
试题分析:(1)先写出三种物质的燃烧热的热化学方程式。
① CO(g) △H1=-283.0kJ/mol
② H2(g)+ △H2=-285.8 kJ/mol
③ CH3OH(1)+ △H3=-726.5kJ/mol
再写出目标方程式:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H4
根据盖斯定律, ①+②×2-③即得到目标方程式。 △H4= △H1+△H2×2-△H3=-128.1kJ/mol
根据图像: CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)
起始:(mol/L) 0.9 x 0
0-2min(mol/L) —0.4 —0.8 0.4
2-4min(mol/L)(平衡) 0.5 0.9 0.4
4-6min(mol/L) —0.2 —0.4 0.2
6-8min(mol/L)(平衡) 0.3 0.5 0.6
8-10min(mol/L) —0.1 —0.2 0.1
10-12min(mol/L)(平衡)0.2 0.3 y
①A项,起始时浓度x=C(H2)为1.7mol/L,容器体积未知,所以物质的量也未知,A项错误。
B项,该容器是一个恒容的容器,反应是一个非等体积反应,因此当气体的总物质的量不再改变,即压强不再改变,反应即达到平衡状态,正确。
C项,4min时,平衡向右移,并且各物质的浓度是逐渐变化,所以应该是降温的条件下,C项错误。
D项,7min时,反应再次达到平衡,此时v(CO)=v(CH3OH),D项正确。
②0~2min内平均反应速率v(H2)=="0.4" mol·L-1·min-1
③在3min时该反应的平衡常数
④在第8min时,CO的浓度减少0.1mol·L-1,H2的浓度减少0.2mol·L-1,可知平衡在向右移动,CO和H2的浓度都是逐渐变小,而此时的条件和上次平衡移动的条件不相同,所以只能是减少甲醇的浓度,才能使平衡向右移动,即在平衡移动的瞬间,甲醇的浓度是很少的,应该要低于0.05mol·L-1,然后再增加0.1mol·L-1,在第10min平衡,并且浓度y不超过0.15mol·L-1。
(3)该装置中甲是一个燃料电池装置,给右边的装置乙提供电能,乙装置是一个电解池装置。
①甲中质子移向右边,从而推知甲装置左是负极,右是正极,则乙装置中M是阳极,N是阴极。甲中电池的负极反应式为:CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6 H+ 要注意电解质溶液质子在进行传递。
②乙池是一铝制品表面“钝化”装置,两极分别为铝制品和石墨。则阳极M材料是铝制品,阴极N材料是石墨。在铝表面钝化,即把铝变成Al2O3,同时考虑溶液中溶质为NaHCO3,则电极反应为:2Al-6e-+6HCO3-=Al2O3+6CO2↑+3H2O
随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
Ⅰ.处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2
CH4(g)+2NO2 (g)=N2(g) + CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ·mol-1
则△H2= 。
Ⅱ.化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。(1)将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一,反应为 C(s) + H2O(g)= CO(g) + H2(g),
该反应的化学平衡常数表达式为K= 。 800℃时,将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中,发生反应:CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变,t2时再向容器中充入CO、H2各1mol,平衡将 移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。t2时,若改变反应条件,导致H2浓度发生如右图t2后所示的变化,则改变的条件可能是 (填符号)。
a加入催化剂 b降低温度 c缩小容器体积 d减少CO2的量
(2)碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:
①用离子方程式表示反应器中发生的反应 。
②用化学平衡移动的原理分析,在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是 。
Ⅲ.开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示:
通入a气体的电极是原电池的 (填“正”或“负”),
其电极反应式为 。
正确答案
I.-1160kJ·mol-1(2分)
II.(1)K=(2分) 右 (2分) b (2分)
(2)①SO2+2H2O=H2SO4+H2 (2分) ②降低生成物的浓度,使平衡向正方向移动(2分)
Ⅲ.负(1分) CH3OH﹣6e-+H2O→CO2+6H+(2分)
试题分析:Ⅰ.根据已知反应①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ·mol-1、
②CH4(g)+2NO2 (g)=N2(g) + CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ·mol-1可知,依据盖斯定律计算②×2-①即得到反应CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),所以该反应的反应热△H2=-867kJ·mol-1×2+574kJ·mol-1=-1160kJ·mol-1。
Ⅱ.(1)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,所以根据反应的方程式C(s) + H2O(g)= CO(g) + H2(g)可知,该反应的平衡常数K=。
(2)①t1时CO、H2O、CO2、H2的浓度(mol/L)分别是0.4、2.4、0.6、1.6,则该反应的平衡常数K==
=1。t2时再向容器中充入CO、H2各1mol,此时CO、H2O、CO2、H2的浓度(mol/L)分别是1.4、2.4、0.6、2.6,则
=
=0.46<1,所以反应向正反应方向移动,即向右移动;根据图像可知,t2时生成物浓度逐渐减小,反应物浓度逐渐增大。由于正方应是体积不变的、吸热的可逆反应,所以改变的条件应该是降低温度,导致平衡向逆反应方向移动,答案选b。
(2①根据流程图可知,SO2首先被单质碘氧化,生成硫酸和碘化氢,碘化氢分解又生成单质碘和氢气,所以反应器中发生的反应的离子方程式可表示为SO2+2H2O=H2SO4+H2。
②碘化氢分解反应是可逆反应,分离出单质氢气,降低生成物的浓度,使平衡向正反应方向移动。
Ⅲ.原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应。根据装置图可知,电子从左侧流向右侧,这说明左侧是负极,右侧是正极。所以通入a气体的电极是原电池的负极,通入的是甲醇。由于存在质子交换膜,因此负极电极反应式是CH3OH﹣6e-+H2O→CO2+6H+。
CO2和CO是工业排放的对环境产生影响的废气。
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH=-159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=a kJ·mol-1
③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=-86.98 kJ·mol-1
则a为 。
(2)科学家们提出用工业废气中的CO2制取甲醇:CO2+3H2CH3OH+H2O。制得的CH3OH可用作燃料电池的燃料。
①在KOH介质中,负极的电极反应式为_________________________________。
②作介质的KOH可以用电解K2SO4溶液的方法制得。则KOH在_______出口得到,阳极的电极反应式是:_____________________________________。
(3)利用CO与H2反应可合成CH3OCH3。
已知:3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2(g),ΔH=-247kJ/mol
在一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是 .
(4)CH3OCH3也可由CH3OH合成。已知反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g),在某温度下,在1L密闭容器中加入CH3OH ,反应到10分钟时达到平衡,此时测得各组分的浓度如下:
①0-10 min内反应速率v(CH3OH) = 。
②该温度下的平衡常数为 。
③若平衡后,再向容器中再加入0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3,此时正、逆反应速率的大小:
v正 v逆 (填“>”、“<”或“=”)。
正确答案
(1)+72.49kJ.mol-1 (2分)
(2)①CH3OH -6e-+8OH-=CO32-+6H2O(2分)
②D (2分)4OH- + 4e- = 2H2O + O2↑ (2分)
(3)AE (2分)
(4)①0.04 mol·L-1·min-1(2分)② 400(2分) ③ > (2)
试题分析:(1)依据热化学方程式和盖斯定律①+②=③,得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol,a=+72.49KJ/mol;
(2)①甲醇作燃料制成的燃料电池生成的CO2被碱溶液吸收生成K2CO3,总反应式为:2CH3OH+4KOH+3O2=2K2CO3+6H2O,所以甲醇在负极失去电子,负极的电极反应式为:2CH3OH-12e- +16OH- =2CO32- +12H2O,正极则为:3O2+12e-+6H2O=12OH-
②电解K2SO4溶液实质就是电解水,阳极水电离的OH-失去电子被氧化,阳极产生大量H+,SO42-通过阴离子交换膜到达阳极,从A口出得到硫酸,阳极电极反应式为:4OH- + 4e- = 2H2O + O2↑;而阴极水电离得H+得到电子被还原,所以会有大量OH-生成,K+通过阳离子交换膜进入阴极,在D口出得到KOH,阴极反应式为:4H++ 4e- =2H2↑。
(3)由反应可知正反应为放热、前后气体系数减少的反应,所以增大压强、降低温度有利于正反应提高CO的转化率,所以A可行;加入催化剂只能加快反应速率,不能改变平衡,B不可行;体积不变充入氦气不改变各参加反应气体的浓度,不会改变平衡,因此C项不能提高CO转化率;增加CO的浓度能使平衡正向移动,但是CO的转化率反而降低;E项分离出生成物二甲醚,可以使反应正向移动,所以能提高CO的转化率,所以E可行;故选AE。
(4)根据表中数据有:2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)
初始浓度(mol/L): 0.41 0 0
转化浓度(mol/L): 0.4 0.2 0.2
平衡浓度(mol/L): 0.01 0.2 0.2
所以①0-10 min内反应速率v(CH3OH) =0.4 mol/L÷10min=0.04 mol·L-1·min-1
②该温度下的平衡常数K=0.2×0.2÷0.012 =400
③因为此平衡时,容器中有0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3 、0.2mol H2O,若恒温恒容下再向容器中再加入同样的0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3、0.2mol H2O,则达到等效平衡,平衡不移动。但是只加入0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3 则不能达到等效平衡,平衡向正反应方向移动,所以此时v正>v逆 。
氢气、甲醇是优质的清洁燃料,可制作燃料电池。
(1)已知:①=
mol
②=
mol
③=
mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式 。
(2)生产甲醇的原料CO和H2来源于下列反应:
①一定条件下的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则
(填“<”、“>”或“=",下同);A、B、C三点处对应平衡常数(
)的大小关系为 ;
②100℃时,将1 mol 和2 mol
通入容积为1L的定容密闭容器中发生反应,能说明该反应已经达到平衡状态的是 (填序号)。
a.容器的压强恒定
b.单位时间内消耗0.1 mol CH4同时生成0.3 molH2
c.容器内气体密度恒定
d.
如果达到平衡时的转化率为0.5,则100℃时该反应的平衡常数K= 。
(3)某实验小组利用CO(g)、、KOH(aq)设计成如图b所示的电池装置,则该电池负极的电极反应式为 。
正确答案
(1)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ∆H=-442.8kJ•mol‾1(2分)
(2)① >(1分)KA=KB>KC(1分)
②ad(1分)2.25(mol•L‾1)2(2分)
(3)CO-2e‾+4OH‾=CO32‾+2H2O(2分)
试题分析:(1)首先写出反应的化学方程式并注明状态,然后根据盖斯定律求∆H,∆H=1/2×∆H1—1/2∆H2+2×∆H3=-442.8kJ•mol‾1,进而得出热化学方程式。
(2)①CH4与H2O的反应为吸热反应,温度升高,平衡向正反应方向移动,根据图像可以看出T1时CH4的转化率高,所以T1 > T2;A、B点温度相同为T1,C点温度为T2,温度较低,所以平衡常数大小关系为:KA=KB>KC。
②CH4与H2O的反应为气体系数变化,在恒容容器中进行的反应。a、若反应没有平衡,压强要发生变化,容器内的压强恒定,说明反应平衡,正确;b、消耗CH4与生成H2都是正反应方向,无法判断反应是否平衡,错误;c、因为质量守恒定律,气体的质量不变,容器体积不变,所以气体密度为定值,无法判断反应是否平衡,错误;d、正逆反应速率之比等于化学方程式的系数之比,说明正反应速率等于逆反应速率,反应达到平衡,正确;根据平衡时CH4的转化率为0.5,可求出CH4、H2O、CO、H2的平衡浓度分别为0.5mol•L‾1、1.5mol•L‾1,0.5mol•L‾1、1.5mol•L‾1,根据平衡常数表达式可求出平衡常数为:2.25(mol•L‾1)2
(3)根据电池示意图,CO在负极失电子,根据化合价变化配平可得电极方程式:CO-2e‾+4OH‾=CO32‾+2H2O
氮可形成多种氧化物,如NO、NO2、N2O4等。已知NO2和N2O4的结构式分别是和
。实验测得N-N键键能为167kJ·mol-1, NO2中氮氧键的平均键能为466 kJ·mol-1,N2O4中氮氧键的平均键能为438.5 kJ·mol-1。
(1)写出N2O4转化为NO2的热化学方程式:
(2)对反应N2O4(g)2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
C.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(3)在100℃时,将0.40mol的NO2气体充入2 L抽空的密闭容器中,每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据:
①在上述条件下,从反应开始直至20 s时,二氧化氮的平均反应速率为
②n3 n4(填“>”、“<”或“=”),该反应的平衡常数K的值为 ,升高温度后,反应2NO2N2O4的平衡常数K将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N2O4气体,要达到上述同样的平衡状态,N2O4的起始浓度是_____________mol·L-1。
正确答案
(1)N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol-1(3分)
(2)D(2分) (3)①0.0025mol·(L·s)-1 (3分)
②=(1分),K=2.8(2分),减小(1分)
③0.10(2分)
试题分析:(1)由方程式N2O42NO2,旧键断裂时吸收的热量:167kJ/mol+438.5kJ/mol×4="1921" kJ/mol,形成新键时放出的热量为2×2×466 kJ/mol="1864" kJ/mol,确定该反应吸热,ΔH为+57 kJ·mol-1;
(2)根据图像,A、C点的温度相同,C点的压强大于A点压强,所以速率C>A;B点温度高、而压强小,C点温度低、而压强大,无法比较气体的平均相对分子质量;C项当容器被压缩时C点的颜色深;D项正确。
(3)结合表中N2O4的物质的量的变化,可求得二氧化氮的反应速率为0.0025mol·(L·s)-1;当60s和80s时N2O4的物质的量不变,确定已达平衡,所以n3=n4;,并求得平衡常数K为2.8,而且反应吸热,当升高温度时,平衡逆向移动,平衡常数K减小;
N2O42NO2达平衡时两者的浓度分别为
0.04mol/L 0.12mol/L 假设向容器中冲入N2O4的起始浓度为x
起始(mol/L) x 0
变化(mol/L) a 2a
平衡(mol/L) 0.04 0.12 2a=0.12,a=0.06,所以x=0.1
有效利用现有资源是解决能源问题的一种实际途径。发展“碳一化学”,开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值。下面是以焦炭为原料,经“碳一化学”途径制取乙二醇的过程:
(1)该过程中产生的的CO可继续与水蒸气发生可逆反应得到CO2和H2,此反应的平衡常数表达式K=_____________。
(2)CH3OH(l)气化时吸收的热量为27kJ/mol,CH3OH(g)的燃烧热为677kJ/mol,请写出CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式_____________。
(3)“催化还原”反应制乙二醇原理如下: CH3OOC—COOCH3(g)+4H2(g)HOCH2-CH2OH(g)+2CH3OH(g) △H=-34kJ/mol
为探究实际生产的最佳条件,某科研小组进行了多方面研究。如图表示乙二醇达到平衡时的产率随原料投料比[n(氢气)/n(草酸二甲酯)]和压强的变化关系,其中三条曲线分别表示体系压强为1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa的情况,则曲线丙对应的压强是P(丙)=_____________。
(4)草酸二甲酯水解产物草酸(H2C2O4)为二元中强酸①草酸氢钾溶液中存 在如下平衡: H2OH++OH-、HC2O4-
H++C2O42-和____________。
②向0.1mol/L的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性,此时溶液中各粒子浓度关系正确的是__________(填序号)。
(5)以甲醇为原料,使用酸性电解质构成燃料电池,该燃料电池的负极反应式为_____________;若以甲烷代替该燃料电池中的甲醇,向外界提供相等电量,则每代替3.2g甲醇,所需标准状况下的甲烷的体积为____________L。
正确答案
(1)
(2)CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=--650KJ/mol
(3)1. 5Mpa;
(4) ①HC2O4-+H2O=H2C2O4+OH-. ② B D
(5) CH3OH+ H2O-6e-= CO2+6H+。1.68
试题分析: (1)CO和水蒸汽反应的化学方程式为:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各生成物浓度幂指数的乘积与个反应物浓度幂指数乘积的比。因此根据平衡常数的定义可得该反应的化学平衡常数的表达式为:
。(2) 燃烧热是1mol的物质完全燃烧产生稳定的氧化物时所放出的热量。则CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)+ 3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH="--650KJ/mol" (3)由制取乙二醇的想方程式CH3OOC—COOCH3(g)+4H2(g)
HOCH2-CH2OH(g)+2CH3OH(g) △H=-34kJ/mol 可以看出:在相同的投料比时,压强越大,化学反应速率越快,达到平衡所需要的时间就越短。因为丙对应的反应达到平衡所需要的时间最长,所以应该是压强最小的1.5MPa的情况。(4)草酸(H2C2O4)为二元中强酸,所以草酸氢钾是强碱弱酸盐。在其溶液中存在的弱电解质的电离平衡H2O
H++OH-、HC2O4-
H++C2O42-及弱酸根离子的水解平衡:HC2O4-+H2O
H2C2O4+OH-。②A.任何溶液都存在着电荷守恒。所以有关系:c(K+)+c(Na+)+c(H+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-)+c(OH-).因为溶液呈中性,所以c(H+)=c(OH-)。两式相减可得:c(K+)+c(Na+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-).错误。B.根据物料守恒可得c(K+)=c(HC2O4-)(始)= c(HC2O4-)+c(H2C2O4)+c(C2O42-)。正确。C. 根据A可知c(K+)+c(Na+)=c(HC2O4-)+2c(C2O42-).而c(K+)=c(HC2O4-)(始)= c(HC2O4-)+c(H2C2O4)+c(C2O42-),所以c(Na+)=c(C2O42-) —c(H2C2O4).错误。KHC2O4电离使溶液显酸性,c(K+)=c(HC2O4-)(始),c(Na+)= c(HC2O4-)(电离)。但是弱酸根离子HC2O4-电离程度是很微弱的,c(HC2O4-)(始)> c(HC2O4-)(电离)。所以c(K+)>c(Na+)。正确。因此选项为B、D。(5)以甲醇为原料,使用酸性电解质构成燃料电池,该燃料电池的负极为甲醇,电极反应式为CH3OH+ H2O-6e-= CO2+6H+,发生氧化反应;正极为O2,电极反应式为O2+ 4e-+ 4H+=2H2O.n(CH3OH)=3.2g÷32g/mol=0.1mol.所以根据电极反应式可知电子转移0.6mol,而每mol的甲烷在反应时转移电子8mol,因此需要消耗甲烷的物质的量为0.6mol÷8="0.075mol." 故所需标准状况下的甲烷的体积为0.075mol×22.4L/mol=1.68L.
大气中的部分碘源于O3对海水中Iˉ的氧化。将O3持续通入NaI酸性溶液溶液中进行模拟研究。
(1)O3将Iˉ氧化成I2的过程可发生如下反应:
①Iˉ(aq)+ O3(g)= IOˉ(aq) +O2(g)△H1
②IOˉ(aq)+H+(aq) HOI(aq) △H2
③HOI(aq) + Iˉ(aq) + H+(aq) I2(aq) + H2O(l) △H3
④O3(g)+2Iˉ(aq)+2H+(aq)= I2(aq) + O2(g)+ H2O(l) △H4
则△H3与△H1、△H2、△H4之间的关系是:△H3 = 。
(2)在溶液中存在化学平衡: I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)其平衡常数表达式为 。在反应的整个过程中I3ˉ物质的量浓度变化情况是 。
(3)为探究温度对I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq) △H5 反应的影响。在某温度T1下,将一定量的0.2 mol·L-1NaI酸性溶液置于密闭容器中,并充入一定量的O3(g)(O3气体不足,不考虑生成物O2与 Iˉ反应),在t时刻,测得容器中I2(g)的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其它初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得I2(g)浓度,得到趋势图(见图一)。则:
①若在T3时,容器中无O3, T4~T5温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,则△H5 0(填>、=或<);该条件下在温度为T4时,溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线如图二所示。在t2时,将该反应体系温度上升到T5,并维持该温度。请在图2中画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线。
②若在T3时,容器中还有O3,则T1~T2温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,其可能的原因是 。(任写一点)
(4)利用反应④和图2的信息,计算0-t1时间段内用I2(aq)表示的化学反应速率 。
正确答案
(1)△H4-△H2-△H1; (2) ; 先增加后减小;
(3)①> ;
②O3继续氧化I-使溶液中I2浓度增加,使I2(aq) I2(g)平衡向正方向移动,气体I2浓度增加;溶液温度升高,使I2(aq)
I2(g)△H>0,平衡向正方向移动,气体I2浓度增加;(两条理由任写一点给2分)
(4)0.11/2t1 mol·L-1·min-1(2分)
试题分析:(1)观察已知的4个热化学方程式中的反应物和生成物,可以知道,由④式减②式减①式,即可得到③式,所以,△H3= △H4-△H2-△H1。
(2)依据平衡常数的定义可得反应I2(aq) + Iˉ(aq)I3ˉ(aq)的平衡常数表达式为:
。已知O3将Iˉ氧化成I2的过程中可发生4个反应,所以在反应的整个过程中I3ˉ物质的量浓度变化情况是:开始时随着O3的通入,O3可以将I-氧化成I2,I2与I-结合形成I3-,从而使I3ˉ物质的量浓度增大;由于O3具有极强氧化性,通入的O3还可以将I-氧化为IO-和氧气,随着O3的持续通入,O3将一部分I-氧化为IO-和氧气,使I-消耗量增大,同时I2生成量减少,从而使I3-的浓度变小。
(3)①在T3时,容器中已无O3,所以从图示可以知道,此时,溶液中只存在两个平衡:I2(ag) I2(g),和I2(aq) + Iˉ(aq)
I3ˉ(aq) ,根据I2(ag)
I2(g)△H>0,升高温度,I2(ag)倾向于生成I2(g),所以在不考虑其它因素时,I2(g)浓度会增加,但是从图一T4→T5所示的I2(g)浓度变化曲线看,实际上升高温度I2(g)浓度减少,那么只能判断是温度升高致使平衡I2(aq) + Iˉ(aq)
I3ˉ(aq) 正向移动,移动结果使I2(aq)浓度减小,从而导致I2(ag)
I2(g)平衡逆向移动,使I2(g)浓度减小,由此可以判断△H5>0,I2(aq) + Iˉ(aq)
I3ˉ(aq)是吸热反应。
要画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线,必须首先确定曲线的起点、拐
点和终点,已知图二所示的曲线是温度在T4时,溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线,根由曲线分析可知反应己达到平衡,在t2时,反应体系温度上升到T5,并维持该温度,是改变的反应条件(升高温度),此时平衡必然会发生移动,所以T5温度下曲线的起点就是T4温度下曲线的终点,坐标位置应为(0.09,t2)。由于升高温度加快反应速率,缩短达到平衡的时间,所以在T5温度下,达到平衡所用的时间要比T4温度下少,所以拐点出现所需时间比T4温度下少。由于该反应是吸热反应,升高温度能使平衡I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)正向移动,从而使Iˉ浓度减小。结合图二中的数据可知,T4温度下Iˉ转化浓度为0.11mol/L,转化率为
所以T5温度下Iˉ的转化率为一定大于55%,Iˉ的平衡浓度要小于0.09mol/L-(0.09mol/L×55%)≈0.04mol/L。所以拐点(平衡点)的位置坐标应在Iˉ浓度小于0.04mol/L处,终点与拐点(平衡点)在一条直线上。由此就可画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线(见答案)。
②在T3时,容器中还有O3,则T1~T2温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,可能是:a.由于容器中还有O3,O3继续氧化I-使溶液中I2浓度增加,从而使I2(aq) I2(g)平衡向正方向移动,气体I2浓度增加;b.体系的温度升高,使I2(aq)
I2(g)△H>0,平衡向正方向移动,从而气体I2浓度增加。
(4)根据图二所示Iˉ浓度的数据可计算出用Iˉ(aq)表示的化学反应速率:
V(I-) = ,再根据(1)中反应④的化学方程式中Iˉ(aq)与I2(aq)的化学计量数之比2 : 1,得出用I2(aq)表示的化学反应速率:V (I2) =
。
(16分)碳、氮、硫、氯是四种重要的非金属元素。
(1)CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的△H难以直接测量,原因是 。
已知:a.2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H =-566.0 kJ·mol-1
b.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H =-890.0 kJ·mol-1
则CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的热化学方程式为 。
(2)工业上合成氨气的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。现将10 mol N2和26 mol H2置于容积可变的密闭容器中,N2的平衡转化率(
)与体系总压强(P)、温度(T)的关系如图所示。回答下列问题:
①反应达到平衡状态B时,容器的容积10 L,则T1时,合成氨反应的平衡常数K= L2·mol-1。
②平衡状态由A变到C时,对应的平衡常数K(A) K(C)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)在25℃时,HSCN、HClO、H2CO3的电离常数如下表:
①1 mol·L-1的KSCN溶液中,所有离子的浓度由大到小的顺序为 > > > 。
②向Na2CO3溶液中加入过量HClO溶液,反应的化学方程式为 。
③25℃时,为证明HClO为弱酸,某学习小组的同学没计了以下三种实验方案。下列三种方案中,你认为能够达到实验目的的是 (填下列各项中序号)。
a.用pH计测量0.1 mol·L-1NaClO溶液的pH,若测得pH>7,可证明HClO为弱酸
b.用pH试纸测量0.01 mol·L-1HClO溶液的pH,若测得pH>2,可证明HClO为弱酸
c、用仪器测量浓度均为0.1 mol·L-1的HClO溶液和盐酸的导电性,若测得HClO溶液的导电性弱于盐酸,可证明HClO为弱酸
正确答案
(1)(5分)难以控制反应只生成CO(g)(2分,体现反应难以控制即可)
2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(g) ∆H=—1214.0kJ•mol‾1(3分)
(2)(4分)①0.025(2分)② > (2分)
(3)(7分)① c(K+)>C(SCN‾)>c(OH‾)>c(H+)(2分,不单独计分)
②Na2CO3 + HClO = NaHCO3 +NaClO(3分)
③ac(2分)
试题分析:(1)CH4燃烧容易生成CO2,难以控制反应只生成CO(g);首先写出CH4与O2反应生成CO和H2O的化学方程式,并注明状态,然后根据盖斯定律求出焓变:∆H=—∆H1+2∆H2=—1214.0kJ•mol‾1,进而可写出热化学方程式。
(2)①反应达到平衡状态B时,N2的转化率为20%,根据三段式进行计算
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始物质的量(mol) 10 26 0
转化物质的量(mol) 2 6 4
平衡物质的量(mol) 8 20 4
则平衡常数为:K=(0.4mol•L‾1)2÷[0.8mol/L×(2mol•L‾1)3]=0.025 L2·mol-1。
②B点N2转化率大于C点,说明B点平衡常数大于C点平衡常数,A点与B点温度相同,则平衡常数相同,所以K(A) > K(C)
(3)①KSCN为弱酸强碱盐,SCN‾水解使溶液呈碱性,所以离子浓度由大到小的顺序为:c(K+)>C(SCN‾)>c(OH‾)>c(H+)
②因为K1(H2CO3)>K(HClO)>K2(H2CO3),所以HClO与Na2CO3反应生成NaClO和NaHCO3,化学方程式为:Na2CO3 + HClO = NaHCO3 +NaClO
③a、用pH计可以测量0.1 mol·L-1NaClO溶液的pH,若测得pH>7,说明NaClO水解显碱性,可证明HClO为弱酸,正确;b、因为HClO具有漂白性,无法用pH试纸测量0.01 mol·L-1HClO溶液的pH,错误;c、因为HClO和盐酸浓度相同,所以若测得HClO溶液的导电性弱于盐酸,可证明HClO为弱酸,正确。
“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张,发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出热值很高的煤炭合成气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol–1 ①
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJ·mol–1 ②
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),ΔH= _________kJ·mol–1。在标准状况下,33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H2)与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应中转移______mole-。
(2)在一恒容的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______
a.体系压强保持不变
b.密闭容器中CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:2
d.每消耗1 mol CO的同时生成2molH2
②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。
A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大;达到A、C两点的平衡状态所需的时间tA tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
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_____________(答出两点即可)。
(3)工作温度650℃的熔融盐燃料电池,是用煤炭气(CO、H2)作负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为:CO + H2-4e- + 2CO32-= 3CO2+H2O;则该电池的正极反应式为____________。
正确答案
(1) -524.8 (2分) 3 (2分)
(2) ①a d (2分)
②一样 (2分) 大于 (2分) 降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来 (2分)
(3) O2 + 4e– + 2CO2 = 2CO32– (2分)
试题分析:(1)根据盖斯定律,将两个热化学方程式相减,即①-②得:CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),则ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ·mol–1-131.3 kJ·mol–1=-524.8kJ·mol–1。CO→CO2转移2mole–,H2→H2O转移2mole–,则1.5molCO与H2的混合气体与O2完全反应生成CO2和H2O时,转移3mol电子。(2)①a、正反应为气体分子数减小的反应,当压强不变时,说明各物质浓度不再变化,反应达到平衡状态;b、CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存时,不能确定浓度是否会发生变化,即不能确定是否在一定达到平衡状态;c、CH3OH与H2物质的量之比为1:2,不能确定其浓度不变,因此,不能确定是否在一定达到平衡状态;;d、当消耗1 mol CO的同时生成2molH2时,说明正逆反应速率相等,即反应达到平衡状态。②A、B两点的温度相同,所以平衡常数相等;从图像看出,A、C两点的转化率相等,而C点的温度高,反应速率大,则到达平衡的时间短。从图像看出,温度降低CO的转化率增大;该反应为气体分子数减小的反应,加压可使平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大;c(CH3OH)减小,平衡也会向正反应方向移动,CO的转化率增大。(3)燃烧电池的正极为O2得电子,考虑到电池总反应为H2和CO与O2反应生成CO2和H2O,而负极有CO32–参与反应,则正极应该有CO32–生成,故正极反应式为:O2 + 4e– + 2CO2 = 2CO32–。
工业制硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。
(1)某温度下,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H="-197" kj/mol。开始时在10 L的密闭容器中加入4.0 mol SO2(g)和10.0 mol O2(g),当反应达到平衡时共放出197kJ的热量,该温度下的平衡常数K= ,升高温度K将 (填“增大、减小或不变”)。
(2)一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO2和1mol O2,发生下列反应:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),达到平衡后,改变下述条件,SO2、O2、SO3的平衡浓度都比原来增大的是 (填字母)。
A.恒温恒容,充入2mol SO3 B.恒温恒容,充入2mol N2
C.恒温恒压,充入1 mol SO3 D.升高温度
(3)在一密闭容器中进行下列反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),化学兴趣小组的同学探究了其他条件不变时,改变某一条件时对上述反应的影响,并根据实验数据作出了下列关系图。下列判断中正确的是 (填字母)。
A.图Ⅰ研究的是不同催化剂对反应的影响,且乙使用的催化剂效率较高
B.图Ⅱ研究的是压强对反应的影响,且甲的压强较高
C.图Ⅱ研究的是温度对反应的影响,且乙的温度较低
D.图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响,且甲使用的催化剂效率较高
(4)某实验小组设想如下图所示装置用电化学原理生产硫酸,写出通入SO2的电极的电极反应式: 。
(5)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25℃、101 kPa时:
SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H1="-197" kJ/mol;
H2O(g)=H2O(1) △H2="-44" kJ/mol:
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(1) H3="-545" kJ/mol。
写出SO3(g)与H2O(1)反应的热化学方程式是 。
(6)由硫酸可制得硫酸盐.在一定温度下,向K2SO4溶液中滴加Na2CO3溶液和BaCl2溶液,当两种沉淀共存时,SO42-和CO32-的浓度之比 。[已知该温度时,Ksp(BaSO4)=1.3x10-10,KsP(BaCO3)=5.2x10-9]。
正确答案
(1)10/9 (2分) 减小(2分)
(2)A(2分)
(3)CD(2分)
(4)SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+(2分)
(5)SO3(g) + H2O(1) H2SO4(l) △H1= -130kJ/mol;(3分)
(6)1:40(2分)
试题分析:(1)反应达到平衡时共放出197kJ的热量,根据热化学方程式可知反应了2.0mol SO2和1.0mol O2,
根据三段式进行计算: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度(mol•L‾1) 0.4 1 0
转化浓度(mol•L‾1) 0.2 0.1 0.2
平衡浓度(mol•L‾1) 0.2 0.9 0.2
该温度下的平衡常数K= 0.22÷(0.22×0.9)=10/9;因为该反应为放热反应,升高温度,平衡向左移动,所以K将减小。
(2)A、保持温度和容器体积不变,充入2mol SO3,平衡向逆反应分析移动,则SO2、O2、SO3气体平衡浓度都比原来增大,正确;B、保持温度和容器体积不变,充入2mol N2,对平衡移动没有影响,各物质的浓度不变,错误;C、保持温度和容器内压强不变,充入1mol SO3,处于等效平衡状态,浓度不变,错误;D、升高温度,平衡向逆反应分析移动,SO3的浓度减小,错误。
(3)A、催化剂不影响平衡,SO3的浓度相等,与图像不符合,错误;B、甲的反应速率快,所以甲的压强大,平衡向右移动,SO2的转化率大,与图像不符合,错误;C、甲的反应速率快,所以甲的温度高,平衡向左移动,SO2的转化率小,与图像符合,正确;D、催化剂加快反应速率,不影响平衡,与图像符合,正确。
(4)依据图中所示装置,二氧化硫失电子发生氧化反应,在水溶液中转化为硫酸;电极反应为:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+。
(5)首先写出SO3与水反应的化学方程式并注明状态,然后根据盖斯定律求出反应热,∆H=-1/2∆H1-∆H2+1/2∆H3=-130kJ•mol‾1,即可写出热化学方程式。
(6)c(SO42‾):c(CO32‾)=Ksp(BaSO4)/c(Ba2+):Ksp(BaCO3)/c(Ba2+)=Ksp(BaSO4)/Ksp(BaCO3)=1:40
磷在自然界常以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在。它的单质和化合物有着广泛的应用。
(1)红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。
请回答问题:
①PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是 。
②P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的△H3= 。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的反应是可逆反应。T℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,经过250 s达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:
①反应在50~150s 内的平均速率v(PCl3)= 。
②试计算该温度下反应的平衡常数(写出计算过程,保留2位有效数字)
(3)NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通过H3PO4与NaOH溶液反应获得,含磷各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH 的关系如图所示。
①为获得较纯的Na2HPO4,pH应控制在 ;pH=6时,溶液中主要含磷物种浓度大小关系为: 。
②Na2HPO4溶液呈碱性,加入足量的CaCl2溶液,溶液显酸性,溶液显酸性的原因是(从离子平衡角度分析) 。
正确答案
(1)①PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)△H=+93kJ/mol(2分,方程式1分,△H的表示1分,化学式、状态错误0分;+、焓变数值、单位错漏合扣1分;计量数用分数表示与焓变相匹配也给分)
②-399 kJ/mol(2分,单位错漏扣1分)
(2)①1.5×10-4mol/(L·s) 或0.00015 mol/(L·s)(2分,单位错漏扣1分)
②2.5×10-2 mol/L或0.025mol/L
(3)①9~10.5(2分,介于此区间或区间内的某一点)
c(H2PO4-)>c(HPO42-) (2分)
②Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO42-H++PO43-(1分),加入CaCl2溶液,Ca2+与PO43-结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性(1分)。(合理即给分)
试题分析:(1)①题干中特别注明图中物质转化的焓变是生成1mol产物的数据,因此PCl5分解成PCl3和Cl2是吸热反应,其热化学方程式为:PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)△H=+93kJ/mol;
②计算P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5 的焓变,根据盖斯定律反应的焓变与过程无关,只需将图像中两部分的焓变相加即可,所以△H3=-399 kJ/mol。
(2)①计算反应在50~150s 内的用PCl3表示的反应速率,只需把数据代入公式,因此有v(PCl3)=△C/△t=(0.19-0.16)mol/(2L×100s)= 1.5×10-4mol/(L·s);
② PCl5(g) = PCl3(g)+Cl2(g)
起始浓度(mol/L) =0.50 0 0
转化浓度(mol/L) 0.10 =0.10 0.10
平衡浓度(mol/L) 0.40 0.10 0.10 (1分)
K= =
= 2.5×10-2 mol/L或0.025mol/L
(3)此题要学会认真读图,该图表示的是H3PO4与不断加入的NaOH反应,氢氧化钠量不断增大使溶液pH值不断增大时,溶液中各含磷物种的百分比。每个含磷物种在一定的PH范围内都有百分含量极大和极小的情况,而两条线交叉部分表示的则是2种含磷物种同时存在的情况。
①要获得叫纯净的Na2HPO4,则通过图像找到PH值在9~10.5的范围内,HPO42- 的百分含量接近百分百,所以控制的PH只要在这个范围内,都可以获得较纯净的Na2HPO4 。
②Na2HPO4是弱酸酸式盐,HPO42-存在电离和水解两个平衡,由于溶液呈碱性,可以看出水解强于电离。但是该盐溶液加入氯化钙后,溶液呈酸性,因此可以推测加入的氯化钙一定改变了电离平衡,使之不断产生出氢离子,使溶液呈酸性。所以结合本题的题干“磷在自然界常以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在”,可以解释平衡的移动为:Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO42-H++PO43-,加入CaCl2溶液,Ca2+与PO43-结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性。
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