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填空题

碳及其化合物有广泛的用途。

(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol1

以上反应达到平衡后,在体积不变的条件下,以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是________。(填序号)

(2)已知:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·mol1,则CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的焓变ΔH=________。

(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。甲醇是一种燃料,可利用甲醇设计一个燃料电池,用稀硫酸作电解质溶液,多孔石墨作电极,该电池负极反应式为__________________________________。

若用该电池提供的电能电解60 mL NaCl溶液,设有0.01 mol CH3OH完全放电,NaCl足量,且电解产生的Cl2全部逸出,电解前后忽略溶液体积的变化,则电解结束后所得溶液的pH=________。

(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0 L的恒容密闭容器中,发生以下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。得到如下数据:

 

通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字)________。改变反应的某一条件,反应进行到t min时,测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)__________________________

(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol1。实验室模拟化工生产,分别在不同实验条件下反应,N2浓度随时间变化如图甲所示。

请回答下列问题:

①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ改变的条件为________________________________。

②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高,其他条件相同,请在图乙中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。

正确答案

(1)AD

(2)-41.2 kJ·mol1

(3)CH3OH(g)+H2O-6e=CO2+6H 14

(4)K==0.17 3CO2+5OH=2CO32—+HCO3+2H2O

(5)①使用催化剂

(1)该反应为吸热反应,升高温度,平衡向右移动,反应物平衡转化率升高,A项正确;增加固体反应物的量不会引起平衡的移动,B项错误;催化剂不能使平衡移动,C项错误;生成物浓度降低,平衡向正反应方向移动,反应物平衡转化率升高,D项正确。(2)根据盖斯定律,方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)与C(s)+CO2(g)2CO(g)相减可得CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),则ΔH=+131.3 kJ·mol1-172.5 kJ·mol1=-41.2 kJ·mol1。(3)电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,酸性条件下,正极反应为O2+4H+4e=2H2O,总反应减去正极反应可得负极反应为CH3OH(g) +H2O-6e=CO2+6H;0.01 mol CH3OH完全放电可提供0.06 mol电子,则电解NaCl溶液时电路中流过的电子为0.06 mol,生成OH的物质的量为0.06 mol,溶液中c(OH)=1 mol/L,pH=14。

(4)由题目所给数据可知:

CO(g) + H2O(l)CO2(g) + H2(g)  

起始量  2.0 mol  1.0 mol  0  0

转化的量  0.4 mol  0.4 mol  0.4 mol  0.4 mol

平衡量  1.6 mol  0.6 mol  0.4 mol  0.4 mol

平衡浓度  0.8 mol/L  0.3 mol/L  0.2 mol/L  0.2 mol/L

则K=≈0.17;由题意可知,CO2和NaOH的物质的量之比为3∶5,可知产物中CO32—和HCO3共存。(5)①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ中反应速率加快且反应物平衡转化率没有改变,故改变的条件为使用了催化剂;②温度升高,达到平衡的时间缩短,则在曲线中早到达拐点;该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故生成物浓度降低

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填空题

Ⅰ:工业上用CO2和H2在一定条件发生如下反应合成甲醇并放出大量的热:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1   回答下列问题。

(1)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   ΔH2

则反应2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH=           (用含ΔH1、ΔH2表示)

(2)若反应温度升高,CO2的转化率       (填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)写出在酸性环境中,甲醇燃料电池中的正极反应方程式                             

Ⅱ:生产甲醇的原料H2可用如下方法制得:CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g),一定温度下,将2 mol CH4和4 mol H2O通入容积为10L的密闭反应室中,反应中CO的物质的量浓度的变化情况如图所示,请回答下列问题:

(4)反应进行到4分钟到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡,平均反应速率v(H2)为               ;并求此反应在此温度下的平衡常数(在答题卡对应的方框内写出计算过程)。

(5)在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后,若在第8分钟时达到新的平衡(此时CO的浓度约为0.25 mol·L—1 ),请在图中画出第5分钟后H2浓度的变化曲线。

正确答案

19(除指定外,其余每空2分,共15分)

Ⅰ(1) 3ΔH2-2ΔH1      (2)减小  (3)O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O

Ⅱ(4)0.075 mol·L-1·min-1

(此空4分) CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)

起始(mol·L-1)  0.2      0.4

变化(mol·L-1)  0.1      0.1         0.1      0.3

平衡(mol·L-1)  0.1      0.3         0.1      0.3

(5)(3分,起点标对得1分,拐点、平台标对得1分、走势对得1分。5分钟时不画垂直连接线不扣分)

试题分析:(1)根据已知的两个方程式和所求方程式可知,所求方程式可由3×②-2×①所得,所以ΔH=3ΔH2-2ΔH1

(2)因为反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是一个放热反应,所以根据平衡移动原理,温度升高,平衡左移,所以CO2 的转化率减小。

(3)电池的总反应方程式已经给出,根据总反应式2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g),O2 做氧化剂化合价降低,所以正极发生的是3个O2 得12个e-。由于是酸性介质,所以不能有OH- 参与反应,所以参与的是H+ ,同时生成水,所以反应式为3O2 + 12e- + 12H+ = 6H2O,化简后为O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O。

(4)图像中的纵坐标是CO的浓度,所以要求氢气的平均反应速率需要根据方程式进行变形,所以v(H2)=" 3v(CO)=3ΔC/Δt=0.3" mol·L-1/4 min ="0.075" mol·L-1·min-1 。

平衡常数的计算过程为:

CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)

起始(mol·L-1)  0.2      0.4

变化(mol·L-1)  0.1      0.1         0.1      0.3

平衡(mol·L-1)  0.1      0.3         0.1      0.3

(5)体积缩小一半后,压强增大且各组分的浓度瞬间增大1倍,所以图像的起点由0.1 mol·L—1瞬间增大到0.2 mol·L—1;又压强增大平衡往系数减小的一边移动,所以CO的浓度增大到约为0.25 mol·L—1 为终点。

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填空题

(1)已知:

①Fe(s)+O2(g)=FeO(s) ΔH=-272.0 kJ·mol1

②2Al(s)+O2(g)=Al2O3(s) ΔH=-1675.7 kJ·mol1

Al和FeO发生铝热反应的热化学方程式是____________________________________

(2)某可逆反应在不同条件下的反应历程分别为A、B(如上图所示)。

①根据图判断该反应达到平衡后,其他条件不变,升高温度,反应物的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”);

②其中B历程表明此反应采用的条件为________(选填序号)。

A.升高温度      B.增大反应物的浓度   C.降低温度  D.使用催化剂

(3)1000 ℃时,硫酸钠与氢气发生下列反应:Na2SO4(s)+4H2(g)Na2S(s)+4H2O(g)

该反应的平衡常数表达式为________________________________;

已知K1000 1200 ,若降低体系温度,混合气体的平均相对分子质量将会________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(4)常温下,如果取0.1 mol·L1 HA溶液与0.1 mol·L1 NaOH溶液等体积混合(混合后溶液体积的变化忽略不计),测得混合液的pH=8。

①混合液中由水电离出的OH浓度与0.1 mol·L1 NaOH溶液中由水电离出的OH浓度之比为________;

②已知NH4A溶液为中性,又知将HA溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,试推断(NH4)2CO3溶液的pH________7(填“<”“>”或“=”);相同温度下,等物质的量浓度的下列四种盐溶液按pH由大到小的排列顺序为(填序号)________。

a.NH4HCO3  b.NH4A       c.(NH4)2CO3  d.NH4Cl

正确答案

(1)3FeO(s)+2Al(s)=Al2O3(s)+3Fe(s) ΔH=-859.7 kJ/mol

(2)①增大 ②D

(3)K= 减小

(4)①107 ②> c>a>b>d

(1)方程式②-①×3可得:3FeO(s)+2Al(s)=Al2O3(s)+3Fe(s),该反应的ΔH=-1 675.7 kJ/mol+3×272.0 kJ/mol=-859.7 kJ/mol;(2)催化剂可以降低反应的活化能;(3)固体或纯液体的浓度不列入平衡常数表达式中;平衡常数越大,则反应进行的越完全,该反应为气体分子数不变但质量增加的反应,降低体系温度,平衡常数减小,说明平衡向逆反应方向移动,气体分子数不变但质量减小,故混合气体的平均相对分子质量会减小;(4)①混合液中c(H)=108 mol/L,c(OH)=106 mol/L,其中OH全部由水电离;0.1 mol/L NaOH溶液中c(OH)=101 mol/L,c(H)=1013 mol/L,其中水电离出来的OH浓度等于溶液中H浓度,则混合液中由水电离出的OH浓度与0.1 mol·L1 NaOH溶液中由水电离出的OH浓度之比为=107;②NH4A为中性,可知A与NH4+水解程度相等;将HA溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,可知H2CO3酸性比HA弱,则HCO3水解程度比A大,而CO32—水解程度比HCO3大,故NH4HCO3溶液、(NH4)2CO3溶液均显碱性且碱性NH4HCO3<(NH4)2CO3;NH4Cl为强酸弱碱盐,显酸性

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中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。

(1)有效减碳的手段之一是节能,下列制氢方法最节能的是    。 

A.电解水制氢:2H2O2H2↑+O2

B.高温使水分解制氢:2H2O2H2↑+O2

C.太阳光催化分解水制氢:2H2O2H2↑+O2

D.天然气制氢:CH4+H2OCO+3H2

(2)CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH="-49.0" kJ/mol,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从3 min到9 min,v(H2)=    mol/(L·min)。 

②能说明上述反应达到平衡状态的是    (填编号)。 

A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)

B.混合气体的密度不随时间的变化而变化

C.单位时间内消耗3 mol H2,同时生成1 mol H2O

D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变

(3)工业上,CH3OH也可由CO和H2合成。参考合成反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数:

 

下列说法正确的是    。 

A.该反应正反应是放热反应

B.该反应在升高温度时,CH3OH(g)的体积分数减小,说明v(CH3OH)减小,v(CH3OH)增大

C.在T ℃时,1 L密闭容器中,投入0.1 mol CO和0.2 mol H2,达到平衡时,CO转化率为50%,则此时的平衡常数为100

D.工业上采用稍高的压强(5 Mpa)和250 ℃,是因为此条件下,原料气转化率最高

正确答案

(1)C(3分) (2)①0.125(2分) ②D(3分)

(3)AC(4分)

(1)电解和高温都需要消耗大量能源,太阳光催化分解水制氢最节能。(2)①根据图像可知,从3 min到9 min内CO2减少了0.25 mol/L,所以H2减少了0.75 mol/L,故v(H2)=0.125mol/(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,故D对;平衡时浓度不再发生变化,但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系,故A错;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,故B错;选项C中反应速率的方向是相同的,由于速率之比是相应的化学计量数之比,因此C中的关系始终成立,不正确。(3)根据表中数据可知,随着温度的升高,K值是逐渐减小的,这说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,因此正反应是放热反应,选项A正确;升高温度,v(CH3OH)和v(CH3OH)均增大,选项B不正确;平衡时CO、氢气、甲醇的浓度分别是(mol/L)0.05、0.1、0.05,所以平衡常数K==100,选项C正确;由于正反应是放热的,因此升高温度不利于反应物的转化,故D错,答案选AC。

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填空题

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。

I.已知反应 Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g) ΔH=-23.5 kJ·mol-1,该反应在

1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1. 0mol,反应经过l0min后达到平衡。

(1)CO的平衡转化率=____________

(2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是________

a.提高反应温度

b.增大反应体系的压强

c.选取合适的催化剂

d.及时吸收或移出部分CO2

e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触

Ⅱ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇:

CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题:

(1)从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=________

(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:

 

则下列关系正确的是________

A.c1=c2     B.2Q1=Q3   C.2α13      D.α12 =1

E.该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量

Ⅲ.以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:

(1)B极上的电极反应式为                                            

(2)若用该燃料电池做电源,用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为            (标况下)。

正确答案

I.(1)60%(2分)          (2)d(2分)

Ⅱ.(1)0.15mol/(L·min) (2分)(单位出错给1分)    

(2) A  D  E (3分,有错选不得分)

Ⅲ.(1)  CH4 + 4O2— —8e= CO2+ 2H2O;(2分) 

(2)    1.12 L(2分)      

试题分析:I.(1)令平衡时CO的物质的量变化为nmol,则:

Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g)

开始(mol):1                 1

变化(mol):n                 n

平衡(mol):1-n               n+1

所以n+1/(1-n)=4,解得n=0.6,则CO的平衡转化率为0.6mol/1mol×100%=60%,故答案为:60%; (2)a.该反应正反应是放热反应,提高反应温度,平衡向逆反应移动,CO的平衡转化率降低,故a错误;b.反应前后气体的物质的量不变,减小容器的容积,增大压强平衡不移动,CO的平衡转化率不变,故b错误;c.加入合适的催化剂,平衡不移动,故c错误;d.移出部分CO2,平衡向正反应移动,CO的平衡转化率增大,故d正确;e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触,平衡不移动,故e错误;故选d; III(1)达到平衡时生成甲醇为:0.75mol/L,则消耗的c(H2)=2×0.75mol/L=1.5mol/L,v(H2)=△c/△t=1.5mol/L/10min=0.15mol/(L min)(2)A、甲、乙相比较,把乙等效为开始加入1mol CO和2mol H2,和甲是等效的,甲乙是等效平衡,所以平衡时甲醇的浓度c1=c2,故A正确;B、甲、丙相比较,丙中反应物的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2Q1<Q3,故B错误;C、甲、丙相比较,丙中反应物的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故a1<a3 ,故C错误;D、甲、乙处于相同的平衡状态,而且反应方向相反,则α1+α2="1" ,故D正确;E、甲、乙处于相同的平衡状态,而且反应方向相反,两个方向转化的和恰好为1mol,所以该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量,故E正确;故答案为:ADE;Ⅲ.(1)通入燃料甲烷的电极是负极,通入氧气的电极是正极。负极发生的电极式为CH4 + 4O2——8e= CO2+ 2H2O。(2)电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式4OH —4e= O2↑+ 2H2O,阴极的反应式是: Cu2++2e-=Cu;2H++e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若两极收集到的气体体积相等,设其物质的量为X。则4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整个反应过程转移电子相等。电子的物质的量为0.4mol.由于每摩尔甲烷失去电子8摩尔,所以需要甲烷的物质的量为0.05摩尔。V(CH4)=0.05摩尔×22.4升/摩尔=1.12 升 。实际上消耗的甲烷体积比理论上大,可能原因是甲烷不完全被氧化,生成C或CO 或 电池能量转化率达不到100%。

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