研究CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義.
(1)將CO2與焦炭作用生成CO,CO可用于煉鐵等.
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
則CO還原Fe2O3(s)的熱化學(xué)方程式為
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ/mol
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ/mol

②已知Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe(CO)5],該化合物相當活潑,易于吸收H2生成氫化羰基鐵.氫化羰基鐵為二元弱酸,可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉.
試寫出五羰基鐵吸收H2的反應(yīng)方程式
Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO
Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO

③利用燃燒反應(yīng)可設(shè)計成CO-O2燃料電池(以KOH溶液為電解液),寫出該電池的負極反應(yīng)式
CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O
CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O

(2)某實驗將CO2和H2充入一定體積的密閉容器中,在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng):
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ?mol-1
測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示,回答問題:
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)

②曲線I、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K
大于
大于
K(填“大于”、“等于”或“小于”).
③一定溫度下,在容積相同且固定的兩個密閉容器中,按如下方式加入反應(yīng)物,一段時間后達到平衡.
容  器
反應(yīng)物投入量 1molCO2、3molH2 a molCO2、b molH2、
c molCH3OH(g)、c molH2O(g)
若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等,且起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行,則c的取值范圍為
0.4<c≤1
0.4<c≤1
分析:(1)①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到熱化學(xué)方程式;
②氫化羰基鐵為二元弱酸,結(jié)合原子守恒分析書寫化學(xué)方程式;
③CO-O2燃料電池(以KOH溶液為電解液),依據(jù)原電池原理,負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng);
(2)①依據(jù)化學(xué)平衡的平衡常數(shù)概念計算列式,平衡常數(shù)是用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積;
②依據(jù)圖象分析可知先拐先平,溫度高,反應(yīng)是放熱反應(yīng),平衡逆向進行;
③根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質(zhì)的量,然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等,且起始時維持反應(yīng)逆向進行來判斷范圍.
解答:解:(1)①已知:a、Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1
b、C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
依據(jù)蓋斯定律a-b×3得到:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ/mol,
故答案為:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ/mol;
②Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe(CO)5],該化合物相當活潑,易于吸收H2生成氫化羰基鐵.氫化羰基鐵為二元弱酸,可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉,依據(jù)題干信息推知,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO,故答案為:Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO;
③CO-O2燃料電池(以KOH溶液為電解液),一氧化碳在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳在溶液中生成碳酸鉀,原電池負極電極反應(yīng)為:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O,
故答案為:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O;
(2)①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)為:
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)
,故答案為:
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)

②圖象分析可知先拐先平,Ⅱ溫度高,反應(yīng)是放熱反應(yīng),平衡逆向進行,平衡常數(shù)減小,所以K1>K2,故答案為:>;
③設(shè)二氧化碳反應(yīng)量為x
             CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
初始量(mol):1        3           0          0
轉(zhuǎn)化量(mol):x        3x          x          x
平衡量(mol):1-x       3-3x        x          x
甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍,即(4-2x)/4=0.8
解得x=0.4mol
依題意:甲、乙為等同平衡,且起始時維持反應(yīng)逆向進行,所以全部由生成物投料,c的物質(zhì)的量為1mol,c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時的物質(zhì)的量0.4mol,所以c的物質(zhì)的量為:0.4<n(c)≤1mol,故答案為:0.4<n(c)≤1.
點評:本題考查涉及知識點較多,涉及平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題,題目難度中等,本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運用.
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相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

研究CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義.
(1)已知石墨的標準燃燒熱為y kJ?mol-1,1.2g石墨在1.68L(標準狀況)氧氣中燃燒,至反應(yīng)物耗盡,放出x kJ熱量.則石墨與氧氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為
C(s)+
1
2
O2(g)=CO(g)△H=-
(x-0.04y)
0.06
kJ?mol-1
C(s)+
1
2
O2(g)=CO(g)△H=-
(x-0.04y)
0.06
kJ?mol-1

(2)高溫時,用CO還原MgSO4可制備高純MgO.
①750℃時,測得氣體中含等物質(zhì)的量SO2和SO3,此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是
CO+2MgSO4
  △  
.
 
2MgO+CO2+SO2+SO3
CO+2MgSO4
  △  
.
 
2MgO+CO2+SO2+SO3

②由MgO可制成“鎂-次氯酸鹽”燃料電池,其裝置示意圖如圖1,該電池反應(yīng)的離子方程式為
Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2
Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2


(3)二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向,將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=
C(CH3OH)C(H2O)
C(CO2)C3(H2)
C(CH3OH)C(H2O)
C(CO2)C3(H2)

②取五份等體積CO2和H2的混合氣體(物質(zhì)的量之比均為1:3),分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中,發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)相同時間后,測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示,則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的
△H
(填“>”“<”或“=”)0.
③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng),測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示,曲線I、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K
K(填“>”“<”或“=”).
④一定溫度下,在容積相同且固定的兩個密閉容器中,按如下方式投入反應(yīng)物,一段時間后達到平衡.
容  器
反應(yīng)物
投入量
1molCO2
3molH2
a molCO2、b molH2、
c molCH3OH(g)、c molH2O(g)
若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等,且起始時維持反應(yīng)逆向進行,則c的取值范圍為
0.4<n(c)≤1mol
0.4<n(c)≤1mol

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)研究CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義.
(1)某實驗將CO2和H2充入一定體積的密閉容器中,在兩種不同條件(Ⅰ、Ⅱ)下,發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示,回答下列問題:
①圖中a點正反應(yīng)速率
 
(填“大于”、“等于”或“小于”)逆反應(yīng)速率.
②若容器容積不變,只改變下列某一措施可增大CO2轉(zhuǎn)化率的是
 
(選填序號).
A.降低溫度
B.使用合適的催化劑
C.將CH3OH從體系中分離
D.充入氦氣,使體系總壓強增大
③曲線Ⅰ、Ⅱ的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K
 
K(填“大于”、“等于”或“小于”).
(2)將CO2與焦炭作用生成CO,CO可用于煉鐵等.
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
則一氧化碳還原氧化鐵的熱化學(xué)方程式為
 

②若利用CO燃燒反應(yīng)設(shè)計成燃料電池(以KOH溶液為介質(zhì)),則該電池的負極反應(yīng)式為
 

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科目:高中化學(xué) 來源:2014屆江蘇省宿遷市高三上學(xué)期第一次摸底考試化學(xué)試卷(解析版) 題型:填空題

研究CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要意義。

(1)將CO2與焦炭作用生成CO,CO可用于煉鐵等。

已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)  △H 1=+489.0 kJ·mol1

C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)   △H 2=+172.5 kJ·mol1

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學(xué)方程式為            。

(2)二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向,將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)  △H

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=           。

②取一定體積CO2和H2的混合氣體(物質(zhì)的量之比為1∶3),加入恒容密閉容器中,發(fā)生上述反應(yīng)。反應(yīng)過程中測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖所示,則該反應(yīng)的ΔH       0(填“>”、“<”或“=”)。

③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng),測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示,曲線I、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K      K(填“>”、“<”或“=”)。

(3)以CO2為原料還可以合成多種物質(zhì)。

①工業(yè)上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定條件下合成,其反應(yīng)方程式為     。當氨碳比=3,達平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為60%,則NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為

         。

②用硫酸溶液作電解質(zhì)進行電解,CO2在電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷,該電極反應(yīng)的方程式為                         。

 

 

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科目:高中化學(xué) 來源:2012-2013學(xué)年江蘇省蘇南四校高三12月月考試化學(xué)試卷(解析版) 題型:填空題

(14分)研究CO2的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義。

(1)已知石墨的標準燃燒熱為y kJ·mol1,1.2g石墨在1.68L(標準狀況)氧氣中燃燒,至反應(yīng)物耗盡,放出x kJ熱量。則石墨與氧氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為     ,

(2)高溫時,用CO還原MgSO4可制備高純MgO。

①750℃時,測得氣體中含等物質(zhì)的量SO2和SO3,此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是     

②由MgO可制成“鎂—次氯酸鹽”燃料電池,其裝置示意圖如圖1,該電池反應(yīng)的離子方程式為          。    

         

圖1                 圖2                 圖3

(3)二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向,將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為:

CO2(g) +3H2(g)  CH3OH(g) +H2O(g) △H

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=            。

②取五份等體積CO2和H2的混合氣體(物質(zhì)的量之比均為1∶3),分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中,發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)相同時間后,測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示,則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的ΔH         (填“>” “<”或“=”)0。

③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng),測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示,曲線I、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K      K(填“>” “<”或“=”)。

④一定溫度下,在容積相同且固定的兩個密閉容器中,按如下方式投入反應(yīng)物,一段時間后達到平衡。

容 器

反應(yīng)物

投入量

1molCO2

3molH2

a molCO2、b molH2、

c molCH3OH(g)、c molH2O(g)

 

若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等,且起始時維持反應(yīng)逆向進行,則c的取值范圍為        。

 

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