- 电解池
- 共5205题
“嫦娥一号”登月成功,实现了中国人“奔月”梦想.
“嫦娥一号”使用的推进剂是液氢和液氧,已知在298K时,氢气(H2)、碳(C)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)燃烧的热学方程式:
H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
C(g)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.8kJ/mol
C8H18(l)+O2(g)═8CO2(g)+9H2O(l)△H=-5518kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol
相同质量的H2、C、C8H18、CH4完全燃烧时,放热最多的物质是放热最少的物质的放热量的______倍.(保留2位有效数字)
(2)已知:H2(g)═H2(l)△H=-0.92kJ/mol
O2(g)═O2(l)△H=-6.84kJ/mol
H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ/mol
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式:______.
(3)氢气、氧气不仅燃烧能释放热能,二者形成的原电池还能提供电能,美国的探月飞船“阿波罗号”使用的就是氢氧燃料电池,电解质溶液为KOH溶液,其电池反应式为:
负极:______;正极:______.
正确答案
(1)设质量都为m,相同质量的H2、C、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量分别是×285.8kJ、
×393.5kJ、
×5518kJ、
×890.3kJ,最大值应为
×285.8kJ,最小值是
×393.5kJ,放热最多的物质是放热最少的物质的放热量的4.4倍,故答案为:4.4;
(2)①H2(g)═H2(l)△H=-0.92kJ/mol
②O2(g)═CO2(l)△H=-6.84kJ/mol
③H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ/mol
根据盖斯定律,液氢和液氧生成气态水的热化学方程式可以是③-①-×②,焓变也是相应的代数和,所以液氢和液氧生成气态水的热化学方程式为H2(l)+
O2(l)═H2O(g)△H=-237.5kJ/mol;
(3)负极的反应中氢气失电子被氧化,氢气失电子生成氢离子,氢离子和溶液中的氢氧根离子生成水,所以电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O;正极上是氧气得电子被还原,氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,所以电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-.
故答案为:2H2+4OH--4e-=4H2O;O2+2H2O+4e-=4OH-.
下列三个反应在某密闭容器中进行:
反应①Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g)△H1=a kJ•mol-1
反应②2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g)△H2=b kJ•mol-1
反应③2Fe(s)+O2(g)⇌2FeO(s)△H3
(1)则△H3=______(用含a、b的代数式表示)
(2)已知500℃时反应①的平衡常数K=1.0,在此温度下2L密闭容器中进行反应①,Fe和CO2的起始量均为2.0mol,达到平衡时CO2的转化率为______
(3)将上述平衡体系升温至700℃,再次达到平衡时体系中CO的浓度是CO2浓度的两倍,则a______0(填“>”、“<”或“=”).为了加快化学反应速率且使体系中CO的物质的量增加,其它条件不变时,可以采取的措施有______(填序号).
A.缩小反应器体积 B.再通入CO2 C.升高温度 D.使用合适的催化剂
(4)最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实现氮的固定--氨的电解法合成,大大提高了氮气和氢气的转化率.总反应式为:N2+3H22NH3.则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入______极(填“正”、“负”、“阴”或“阳”);在另一电极通入N2,该电极反应式为______.
(5)在25℃下,将a mol•L-1的氨水与0.01mol•L-1的盐酸等体积混合,反应后溶液中c(NH4+)=c(Cl-),则溶液显______性(填“酸”“碱”或“中”),可推断 a______0.01(填大于、等于或小于).
正确答案
(1)根据盖斯定律,反应③=①×2+②,所以△H3=2△H1+△H2=(2a+b)kJ•mol-1,故答案为:(2a+b)kJ•mol-1;
(2)设二氧化碳的变化浓度是x
Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g)
初始浓度:1 0
变化浓度:x x
平衡浓度:1-x x
根据500℃时反应①的平衡常数K=1.0,则=1,解得x=0.5,所以二氧化碳的转化率=
×100%=50%,故答案为:50%;
(3)上述平衡体系升温至700℃,再次达到平衡时体系中CO的浓度是CO2浓度的两倍,则升高温度化学平衡正向移动了,所以反应是吸热反应,为了加快化学反应速率且使体系中CO的物质的量增加,则反应速率加快且平衡正向移动,A.缩小反应器体积,即加大压强,速率加快,但是平衡不移动,故A错误;
B.再通入CO2 则速率加快,平衡正向移动,CO的物质的量增加,故B正确;
C、升高温度则速率加快,平衡正向移动,CO的物质的量增加,故C正确;
D.使用合适的催化剂则速率加快,但是平衡不移动,故D错误.
故选BC.
(4)跟据总反应式:N2+3H22NH3,氢气发生失电子的氧化反应,则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入阳极,在另一电极通入N2,发生得电子的还原反应,即N2+6H++6e-=2NH3,故答案为:阳;N2+6H++6e-=2NH3;
(5)a mol•L-1的氨水与0.01mol•L-1的盐酸等体积混合,反应后溶液中c(NH4+)=c(Cl-),根据电荷守恒:c(H+)=c(OH-),所以为中性,若二者恰好反应,则溶液显示酸性,反应后的溶液中一定有酸性的氯化铵,所以氨水要过量,即a>0.01mol/L,故答案为:中;大于.
二甲醚(CH3OCH3)是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的可燃物,被称为21世纪的新型能源.工业制备二甲醚的生产流程如图1:
催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度300℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
(1)催化反应室中的总反应:3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g).
该反应的△H=______.催化反应室中采用300℃的反应温度,理由是______.
(2)已知:反应①在300℃时的化学平衡常数为0.27.该温度下将2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中,此时反应将______(填“正向进行”、“逆向进行”或“处于平衡状态”).
(3)上述流程中二甲醚精制的实验操作名称为______.
(4)图2为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.a电极的电极反应式为______.
正确答案
(1)已知:①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol,
②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol,
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol,
由盖斯定律可知,①×2+②+③得3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.1kJ/mol,
反应放热,高温不利用原料的利用,温度低原料利用率高,但反应较慢,不利于实际生产,采用300℃的反应温度,目的提高化学反应速率.
故答案为:-246.1kJ/mol;提高化学反应速率;
(2)该温度下将2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中,此时c(CO)=1mol/L,c(H2)=1.5mol/L,c(CH3OH)=1mol/L,浓度商Qc==0.44,大于平衡常数0.27,故反应向逆反应进行,故答案为:逆向进行;
(3)二甲醚、乙醇、水为互溶的液体,沸点不同,采取蒸馏的方法将二甲醚分离,故答案为:蒸馏;
(4)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,正极反应还原反应,氧气在正极放电.由图可知,a极为负极,二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子,a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+,故答案为:CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+.
运用化学反应原理研究碳的氧化物的性质具有重要意义.
(1)CO2是一种重要的物质,但其过量排放,可能导致全球气温升高.下列措施不能够有效控制CO2所导致的温室效应的是______(填序号)
①大力发展低碳产业,提倡低碳生活,依法控制CO2的过量排放
②禁止滥砍滥伐,植树造林,恢复生态
③开发利用各种新型能源代替煤、石油、天然气等化石能源
④提倡使用脱硫煤、无铅汽油等清洁燃料
(2)常温下,碳酸在水中的电离常数Ka1=4.2×10-7,Ka2=5.6×10-11;次氯酸在水中的电离常数Ka=4.7×10-8.写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式______.
(3)CO具有还原性,某同学设计图示装置(固定装置及胶管略去)验证CO气体能否与Na2O2反应.
已知:H2C2O4 CO2↑+CO↑+H2O,则实验选择的最简单的装置接口连接顺序为______;若CO能够与Na2O2发生反应,则预测反应产物为______.
(4)已知C(s)+O2(g)=CO2(g),△H=-393.5kJ•mol-1;CO(g)+O2(g)=CO2(g),△H=-283.0kJ•mol-1,写出CO2 和C(s)反应的热化学方程式______.以CO为燃料制作燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入CO,电解质是熔融碳酸盐,放电时负极反应式为______.若使用该电池电解饱和食盐水制取1molNaClO,则理论上需要氧气的体积为(标准状况下)______L.
正确答案
(1)①提倡低碳生活,依法控制CO2的过量排放,可以有效控制二氧化碳的排放;故①正确;
②禁止滥砍滥伐,植树造林,恢复生态,进行光合作用吸收二氧化碳放出氧气;故②正确;
③开发利用各种新型能源代替煤、石油、天然气等化石能源,开发新能源替代化石燃料减少二氧化碳排放;故③正确;
④煤脱硫、无铅汽油燃烧不能减少二氧化碳的排放;故④错误;
故答案为:④;
(2)依据电离平衡常数比较碳酸酸性大于次氯酸,第一步电离大于次氯酸,第二步电离小于次氯酸的电离,结合84消毒液成分为次氯酸钠和二氧化碳反应生成的次氯酸见光分解分析可知;次氯酸钠和二氧化碳、水反应生成次氯酸和碳酸氢钠,次氯酸见光分解生成盐酸和氧气,反应的离子方程式为:ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO3-;2HClO=2H++2Cl-+O2↑;
故答案为:ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO3-;2HClO=2H++2Cl-+O2↑;
(3)依据反应生成产物结合试验目是验证CO气体能否与Na2O2反应的分析,通入过氧化钠前需要除去二氧化碳、水;所以依据题干图装置可知,先除去二氧化碳,再用浓硫酸干燥,导气管的连接顺序为:abcf;依据二氧化碳和过氧化钠的反应类推分析得到生成产物为碳酸钠;
故答案为:abcf;Na2CO3;
(4)已知①C(s)+O2(g)=CO2(g),△H=-393.5kJ•mol-1;②CO(g)+O2(g)=CO2(g),△H=-283.0kJ•mol-1,依据盖斯定律计算,①-②×2得到CO2 和C(s)反应的热化学方程式为:CO2(g)+C(s)=2CO(g)△H=+172.5 kJ•mol-1;以CO为燃料制作燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入CO,电解质是熔融碳酸盐,依据原电池反应原理可知负极是一氧化碳失电子发生氧化反应生成二氧化碳的过程,根据电解质环境是熔融碳酸盐和电子守恒得到负极电极反应为:CO+CO32-→2CO2+2e-;
使用该电池电解饱和食盐水制取1molNaClO,结合电解反应化学方程式计算,2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O;得到NaCl+H2O
NaClO+H2↑依据电子守恒得到:O2~4e-~2NaClO,则理论上需要氧气物质的量为0.5mol,氧气的体积为(标准状况下) 11.2L;
故答案为:CO2(g)+C(s)=2CO(g)△H=+172.5kJ•mol-1;CO+CO32-→2CO2+2e-;11.2;
硝酸是一种重要的化工原料,工业上一般以氨气为原料来制备硝酸.请回答:
(1)氨气催化氧化的化学方程式为______.
(2)硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,反应机理为:
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
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为:______.
(3)氨气若在纯氧中燃烧,则发生反应为4NH3+3O22N2+6H2O,科学家利用此原理,设计成氨气-氧气燃料电池,则通入氨气的电极是______(填“正极”或“负极”);碱性条件下,该电极发生反应的电极反应式为______.
(4)制得的硝酸可以跟金属铜反应生成硝酸铜溶液,用石墨电极电解该硝酸铜溶液,则电解过程中阳极的电极反应式为______.
正确答案
(1)NH3与O2在催化剂、加热条件下发生反应生成NO和H2O:4NH3+5O24NO+6H2O,故答案为:4NH3+5O2
4NO+6H2O;
(2)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
根据盖斯定律(①+②)×,得:CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)△H=-867kJ/mol,故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)△H=-867kJ/mol;
(3)燃料电池中,燃料做负极,则通入氨气的电极是负极,碱性条件下,总反应:4NH3+3O22N2+6H2O,正极的电极反应:3O2↑+6H2O+12e-=12OH-,负极的电极反应式为:
4NH3+12OH--12e=2N2+12H2O,故答案为:负极;4NH3+12OH--12e=2N2+12H2O;
(4)Cu(NO3)2溶液中铜离子的放电能力大于氢离子的放电能力,所以铜离子先放电;氢氧根离子的放电能力大于硝酸根离子的放电能力,所以氢氧根离子先放电.阳极上失电子,发生氧化反应,所以氢氧根离子在阳极上失电子生成氧气:4OH--4e-=O2+2H2O;阴极上得电子,反应还原反应,所以铜离子的阴极上得电子生成铜:Cu2++2e-=Cu,
故答案为:4OH--4e-=O2+2H2O.
(1)实事证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应,下列化学反应在理上可以设计成原电池的是______.
A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H>0
B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)△H<0
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H<0
(2)以KOH溶液为电解质溶液,依据所选反应设计一个原电池,其负极反应的电极反应式为______.
(3)电解原理在化学工业中有着广泛的应用.现将你设计的原电池通过导线与如图中电解池相连,其中,a为电解液,X和Y是两块电极板,则:①若X和Y均为惰性电极,a为CuSO4溶液,则阳极的电极反应式为______,电解时的化学反应方程式为______,通过一段时间后,向所得溶液中加入0.2molCuO粉末,恰好恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为______mol.②若X、Y依次为铜和铁,a仍为CuSO4溶液,且反应过程中未生成Fe3+,则Y极的电极反应式为______
③若用此装置电解精炼铜,______做阳极,电解液CuSO4的浓度______(填“增大”、“减小”或“不变”).
④若用此装置在铁制品上镀铜,铁制品做______,电镀液的浓度______(填“增大”、“减小”或“不变”).
正确答案
(1)A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H>0,为氧化还原反应,但为吸热反应,不能设计为原电池,故A错误;
B.NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O(1)△H<0,不属于氧化还原反应,不能设计为原电池,故B错误;
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)△H<0,为氧化还原反应,为放热反应,能设计为原电池,故C正确;
故答案为:C;
(2)以KOH溶液为电解质溶液,氢氧燃料碱性电池中,负极上氢气失去电子,负极反应为H2+2OH--2e-=2H2O,
故答案为:H2+2OH--2e-=2H2O;
(3)①电解硫酸铜溶液时,阳极上生成氧气,阴极上生成铜,同时溶液中生成硫酸,所以,阳极电极反应为:4OH--4e-=H2O+O2↑;电池反应式为:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,根据铜原子守恒知,氧化铜和铜的比是1:1,所以0.2molCuO能生成0.2mol铜,转移电子的物质的量=0.2mol×2=0.4mol,
故答案为:4OH--4e-=H2O+O2↑;2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;0.4mol;
②若X、Y依次为铜和铁,a仍为CuSO4溶液,判断,X阴极,Y为阳极,且反应过程中未生成Fe3+,阳极铁失电子生成亚铁离子;Y极电极反应为:Fe-2e-=Fe2+,
故答案为:Fe-2e-=Fe2+;
③电极精炼铜是粗铜做阳极,精铜做阴极,含铜离子的盐溶液做电解质溶液,粗铜中含有的杂质金属铁、镍、锌等电解过程中也会失电子,所以电解质溶液中铜离子浓度减小,
故答案为:粗铜;减小;
④若用此装置在铁制品上镀铜,依据电镀原理,镀层金属铜做电解池的阳极,待镀物质铁做阴极,电解质溶液是含镀层金属离子铜离子的溶液;电极反应阳极:Cu-2e-=Cu2+;阴极电极反应:Cu2++2e-=Cu,反应电解质溶液浓度基本不变,故答案为:阴极;不变.
水是宝贵资源,研究生活和工业用水的处理有重要意义.
请回答下列问题:
(1)已知水的电离平衡曲线如图1所示.A、B、C三点水的电离平衡常数KA、KB、KC关系为______,若从B点到D点,可采用的措施是______(填序号).
a.加入少量盐酸
b.加入少量碳酸钠
c.加入少量氢氧化钠
d.降低温度
(2)饮用水中的NO3-主要来自于NH4+.已知在微生物的作用下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-.两步反应的能量变化如图2,1molNH4+全部被氧化成NO3-的热化学方程式为______.
(3)某工厂用电解法除去废水中含有的Cr2O72-,总反应方程式为:Cr2O72-+6Fe+17H2O+2H+ 2Cr(OH)3↓+6Fe(OH)3↓+6H2↑,该电解反应的负极材料反应的电极式为______,若有9mol电子发生转移,则生成的cr(OH)3物质的量为______.
(4)废水中的N、P元素是造成水体富营养化的主要因素,农药厂排放的废水中.常含有较多的NH4+和PO43-,其中一种方法是:在废水中加入镁矿工业废水,可以生成高品位的磷矿石--鸟粪石,反应的离子方程式为Mg2++NH4++PO43-→MgNH4PO4↓.该方法中需要控制污水的pH为7.5-10,若pH高于l0.7,鸟粪石产量会降低,其原因可能是______.
正确答案
(1)A点的C(OH-)和C点C(OH-)相等,但A点c(H+)大于C点c(H+),所以KA>KC,C点的c(H+)和c(OH-)都大于B点c(H+)和c(OH-),所以KC>KB,即KA>KC>KB;
从B点到D点c(OH-)变大,但cc(H+)变小,温度不变,Kw不变,溶液碱性增强,故答案为:KA>KC>KB;bc;
(2)第一步的热化学方程式为:NH4+(aq)+1.5O2(g)═NO2-(aq)+2H+(aq)+H2O(l)△H=-273KJ/mol,
第二步的热化学方程式为:NO2-(aq)+0.5O2(g)═NO3-(aq)△H=-73KJ/mol,
根据盖斯定律则NH4+(ap)+2O2(g)═2H+( ap)+H2O(l)+NO3-(aq)△H=-346 kJ/mol,
故答案为:NH4+(ap)+2O2(g)═2H+( ap)+H2O(l)+NO3-(aq)△H=-346 kJ/mol;
(3)负极材料反应的电极式为:Fe-2e-═Fe2+,因电子和cr(OH)3的关系式:cr(OH)3~9e-,所以9mol电子发生转移,生成的cr(OH)3物质的量为1mol,
故答案为:Fe-2e-═Fe2+;1mol;
(4)因Mg2+能与氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀,降低了鸟粪石的产量,故答案为:生成难溶的氢氧化镁,降低了鸟粪石的产量.
氨气在农业和国防工业都有很重要的作用,历史上诺贝尔化学奖曾经有3次颁给研究氮气与氢气合成氨的化学家.
(1)如图1表示了298K时氮气与氢气合成氨反应过程中的能量变化,据此请回答:
①写出氮气与氢气合成氨的热化学反应方程式:______
②对于合成氨的反应下列说法正确的是______(填编号)
A、该反应在任意条件下都可以自发进行
B、加入催化剂,能使该反应的E和△H都减小
C、若反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2,K1>K2
D、该反应属于人工固氮
(2)现在普遍应用的工业合成氮的方法N2+3H2⇌2NH3,是哈伯于1905年发明的,但此法达到平衡时反应物的转化率不高.
①能使该反应的反应速率增大,且平衡向正方向移动的措施是______(填编号)
A、使用的更高效催化剂
B、升高温度
C、及时分离出氨气
D、冲入氮气,增大氮气的浓度(保持容器体积不变)
②若在某温度下、2L的密闭容器中发生N2+3H2⇌2NH3的反应,如图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线.用H2表示0~10min内该反应的平速率v(H2)=______.从1min起,压缩容器的体积为1L,则n(N2)的变化曲线为______(填编号)
A、a B、b C、c D、d
(3)随着对合成氨研究的发展,2001年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法,即在常压下吧氢气和用氦气稀释的氮气,分别通入一个加热到500℃的电解池中,采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质理用吸附在它内外表面上的金属但多晶薄膜像电噪,实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氮(装置如图3).
请回答:铠电极是电解池的______极(填“阳“或“阴“),该极上的电极反应式是______.
正确答案
(1))①由图1可知,1molN2(g)与3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)的反应热为508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol,
所以合成氨的热化学反应方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H═-92kJ/mol,
故答案为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H═-92kJ/mol;
②A、该反应为焓减熵减,△H-T△S<0,反应自发进行,故应在低温下可能自发进行,故A错误;
B、加入催化剂降低活化能,不影响反应热,故B错误;
C、该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应移动,平衡常数降低,故C正确;
D、工业合成氨是人工固氮,故D正确.
故选:CD;
(2)①A、使用的更高效催化剂,反应加快,不影响平衡移动,故A错误;
B、升高温度,反应加快,平衡向吸热反应移动,即向逆反应移动,故B错误;
C、降低生成物浓度,速率降低,平衡向正反应移动,故C错误;
D、冲入氮气,增大氮气的浓度,速率加快,平衡向体积减小方向移动,即平衡向正反应移动,故D正确.
故选:D;
②由图2可知,0~10min内氮气的物质的量变化为0.6mol-0.2mol=0.4mol,所以v(N2)==0.02mol/(L•min),
速率之比等于化学计量数之比,所以v(H2)=3v(N2)=3×0.02mol/(L•min)=0.06mol/(L•min),
压缩体积,增大压强,平衡向正反应移动,改变瞬间n(N2)不变,平衡时n(N2)减小,故选D,
故答案为:0.06mol/(L•min);D;
(3)由图3可知,氮气在铠电极放电生成氨气,所以铠电极为阴极,在电解池中,阴极发生得电子的还原反应,氮气得电子的过程为:N2+6e-+6H+=2NH3,
故答案为:N2+6e-+6H+=2NH3.
乙醇是重要的化工原料和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇:
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=______.
(2)在一定压强和温度下,在反应物总物质的量相同的情况下,测得该反应的实验数据如下表:
①该反应是______反应(填“吸热”或“放热”).
②提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],则CO2的转化率______;化学平衡______移动,平衡常数K______(填“增大”、“减小”、或“不变”).
(3)一种乙醇燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中乙醇与氧气作用生成水和二氧化碳.该电池的负极反应式为:______.
若以上述燃料电池为电源来电解饱和食盐水,当消耗46g乙醇时,电解产生的H2体积(标况)为______L.
(4)25℃、101kPa下,H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和1366.8kJ•mol-1,请写出由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的热化学方程式______.
正确答案
(1)反应为2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),则K=
,
故答案为:;
(2)①由表中数据可知,温度越高,二氧化碳的转化率越低,则升高温度,化学平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故答案为:放热;
②由表中的数据可知,相同温度时,提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],则CO2的转化率增大,化即学平衡正向移动,但温度不变,则K不变,
故答案为:增大;正向;不变;
(3)酸性条件下,乙醇在负极发生氧化反应,则负极反应为C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+,
由电子守恒可知C2H5OH~12e-~6H2↑,n(C2H5OH)==1mol,
则n(H2)=6mol,其标况下的体积为6mol×22.4L/mol=134.4L,
故答案为:C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+;134.4;
(4)25℃、101kPa下,H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和
1366.8kJ•mol-1,
则H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1①,
C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H=-1411.0kJ•mol-1②,
C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1366.8kJ•mol-1③,
由盖斯定律可知,②-③可得反应C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l),
其反应热为-1411.0kJ•mol-1-(-1366.8kJ•mol-1)=-44.2 kJ•mol-1,
热化学方程式为C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l)△H=-44.2 kJ•mol-1,
故答案为:C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l)△H=-44.2 kJ•mol-1.
过渡排放CO2会造成“温室效应”,科学家正在研究如何将CO2转化为可利用的资源.其中一种方案就是将CO2转化为可再生燃料甲醇(CH3OH).其化学方程式为:
请填空:
(1)写出上述反应的平衡常数表达式______:
(2)在容积为2L的密闭容器中,用一定量的二氧化碳和一定量氢气在一定条件下合成甲醇,实验结果如图所示.下列说法正确的是______(填序号)
A.在300℃,从反应开始到平衡,甲醇的平均反应速率v(CH3OH)=mol•(L•min)-1
B.反应体系从300℃升温到500℃,平衡常数K变化大
C.该反应的正反应为放热反应
D.处于C点的反应体系从300℃升高到500℃,增大
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出369.2kJ的热量,该反应的热化学方程式为:______.
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此电池的负极应加入或通入的物质是______;正极的电极反应式:______.
正确答案
(1)根据K=生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,得出K=,故答案为:K=
;
(2)A、化学反应速率等于单位时间内物质浓度的变化量,甲醇的平均反应速率v(CH3OH)=mol•(L•min)-1,故A错误;
B、根据图示信息:升高温度,甲醇的物质的量减少,所以反应逆向进行,即反应是放热反应,对于放热反应,升高温度,平衡常数减小,故B错误;
C、根据图示信息:升高温度,甲醇的物质的量减少,所以反应逆向进行,即反应是放热反应,故C正确;
D、C点时反应达到平衡状态,升高温度,对于该放热反应,平衡逆向进行,所以增大,故D正确;
故选CD.
(3)16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出369.2kJ的热量,则1mol 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出725.8kJ的热量,即热化学方程式为:
CH3OH(l)+ O2=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol,故答案为:CH3OH(l)+
O2=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol;
(4)甲醇为原料的燃料电池中,燃料甲醇为负极,发生失电子的氧化反应,氧气是正极,发生得电子得还原反应,根据所给试剂,只能选择氢氧化钠为电解质,在碱性环境下,氧气的放电情况为:O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:甲醇;O2+2H2O+4e-=4OH-.
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