【題目】2019年國際非政府組織全球計(jì)劃”124日發(fā)布報(bào)告:研究顯示,全球二氧化碳排放量增速趨緩。CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

(1)CO2催化加氫制甲醇的有關(guān)反應(yīng)及其在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如下表所示。

化學(xué)反應(yīng)

平衡常數(shù)

500℃

700℃

800℃

Ⅰ.H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)

1.0

1.70

2.52

Ⅱ.2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)

2.5

0.34

0.15

Ⅲ.3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH

ΔH___0(、”)

②已知反應(yīng)的速率方程式:υ=k·c3(H2)·c(CO2),υ=k·c(CH3OH)·c(H2O),kk為速率常數(shù)。反應(yīng)達(dá)到平衡后,僅升高溫度,k增大的倍數(shù)___k增大的倍數(shù)(大于小于等于”)。

500℃時(shí),向恒容的密閉容器中加入1molCO21molH2,控制反應(yīng)條件只發(fā)生反應(yīng)。達(dá)到平衡后,只改變下列條件,能使CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大的是___(填選項(xiàng)字母)。

A.增大壓強(qiáng) B.降低溫度 C.再通入等物質(zhì)的量CO2H2 D.分離出部分水

(2)200℃時(shí),向5L帶氣壓計(jì)的恒容密閉容器中通入2molCO22molCH4發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g),測得初始壓強(qiáng)為P0kPa,反應(yīng)過程中容器內(nèi)總壓強(qiáng)(P)隨時(shí)間(t)變化(反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的溫度與起始溫度相同)如圖所示。

①該反應(yīng)過程中從0min2min壓強(qiáng)變化原因是___。

04min內(nèi),反應(yīng)的平均反應(yīng)速率υ(CO2)=___

③用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=___。[氣體分壓(p)=氣體總壓(p氣體體積分?jǐn)?shù)]

(3)科學(xué)家提出利用CO2CH4制備合成氣”(CO、H2)可能的反應(yīng)歷程如圖所示。

注:C(ads)為吸附性活性炭,方框內(nèi)包含微粒種類及數(shù)目、微粒的相對總能量[如第一個(gè)方框中1個(gè)CH4(g)+1個(gè)CO2(g)的相對總能量為E1eV,單位:eV]。其中,TS表示過渡態(tài)。

CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g)ΔH=___kJ·mol-1(已知:1eV=1.6×10-22kJ)

②若E4+E1E3+E2,則決定制備合成氣反應(yīng)速率的反應(yīng)方程式為___。

【答案】 小于 D 反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度降低使體系壓強(qiáng)減小 0.02mol·L-1·min-1 0.01P02(kPa)2 96.32(E5-E1)1.6×10-22NA(E5-E1) CH4(g)=C(ads)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)=C(ads)+2H2(g)+CO2(g)

【解析】

根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式和溫度對平衡常數(shù)的影響判斷,根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響判斷反應(yīng)的移動(dòng)方向,選擇使反應(yīng)正向移動(dòng)方向的措施。列出三段式計(jì)算反應(yīng)速率和平衡常數(shù)。利用蓋斯定律計(jì)算出焓變的大小。計(jì)算出活化能較高的反應(yīng)是決速反應(yīng)。

H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g),K1=

2H2(g)+CO(g) CH3OH(g),K2=

Ⅲ=Ⅰ+Ⅱ,3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) K3==K1×K2,根據(jù)表中數(shù)據(jù)依次計(jì)算出500℃700℃、800℃K3依次為2.50.578、0.378,溫度越高,K3越小,故ΔH0;

②已知反應(yīng)3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH0 ,反應(yīng)達(dá)到平衡后,僅升高溫度,正逆反應(yīng)速率都增大,平衡逆向移動(dòng),正反應(yīng)速率增大的倍數(shù)比逆反應(yīng)速率增大的倍數(shù)小,υ=k·c3(H2)·c(CO2)<υ=k·c(CH3OH)·c(H2O),即k增大的倍數(shù)小于k增大的倍數(shù);

③反應(yīng)Ⅰ.H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ,升高溫度平衡常數(shù)增大,則反應(yīng)IΔH0,

A.增大壓強(qiáng),平衡不移動(dòng),CO的平衡體積分?jǐn)?shù)不變,故A不符合題意;

B.降低溫度,平衡逆向移動(dòng),CO的平衡體積分?jǐn)?shù)減小,故B不符合題意;

C.再通入等物質(zhì)的量CO2H2,相當(dāng)于增大壓強(qiáng),平衡不移動(dòng),CO的平衡體積分?jǐn)?shù)不變,故C不符合題意;

D.分離出部分水,平衡正向移動(dòng),能使CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大,故D符合題意;

答案選D。

(2)200℃時(shí),向5L帶氣壓計(jì)的恒容密閉容器中通入2molCO22molCH4發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g),測得初始壓強(qiáng)為P0kPa,

①圖中可以看出,該反應(yīng)過程中從0min2min壓強(qiáng)減小,原因是該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度降低使體系壓強(qiáng)減;

4min后壓強(qiáng)不再變化,說明4min時(shí)已經(jīng)達(dá)到平衡,設(shè)從起始到平衡轉(zhuǎn)化CH4物質(zhì)的量為xmol,用三段式

由圖中數(shù)據(jù)可以看出平衡時(shí)的總壓強(qiáng)為1.2P0kPa,起始總壓強(qiáng)為P0kPa,氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比,,解得x=0.4,平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量等于4mol+2xmol=4mol+2×0.4mol=4.8mol,04min內(nèi),反應(yīng)的平均反應(yīng)速率υ(CO2)=;

③用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp= =

(3) ①根據(jù)流程圖可知,第一步:CH4(g) 2H2(g)+ C(ads) ΔH1= E3- E1span>)NAeV

第二步:CO2(g)+C(ads)2CO(g) ΔH2= (E5 - E3) NAeV;

第一步加第二步得到:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)ΔH=(E5-E1) NAeV=1.6×10-22NA (E5-E1) kJ96.32 (E5-E1) kJ;

②決速步驟,指反應(yīng)歷程中反應(yīng)速率最慢的反應(yīng);速率快慢則由反應(yīng)的活化能決定,活化能越大,反應(yīng)速率越慢;若E4+E1E3+E2,則E2E1E4E3,則決定制備合成氣反應(yīng)速率的反應(yīng)方程式為:CH4(g)=C(ads)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)=C(ads)+2H2(g)+CO2(g)。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】某微生物電池在運(yùn)行時(shí)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)凈化有機(jī)物污水、凈化含廢水(pH約為6)和淡化食鹽水,其裝置示意圖如圖所示。圖中,DE為離子交換膜,Z為待淡化食鹽水。(已知Cr3+完全沉淀所需的pH5.6)下列說法不正確的是

A.E為陰離子交換膜

B.X為有機(jī)物污水,Y為含廢水

C.理論上處理1 mol的同時(shí)可脫除3 molNaC1

D.C室的電極反應(yīng)式為+6e-+8H+==2Cr(OH)3+H2O

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】化合物A、B是中學(xué)常見的物質(zhì),其陰陽離子可從表中選擇.

陽離子

K+、Na+、NH4+、Fe2+Ba2+、Cu2+

陰離子

OHI、NO3、AlO2、HCO3HSO4

1)若A的水溶液為無色,B的水溶液呈堿性,A、B的水溶液混合后,只產(chǎn)生不溶于稀硝酸的白色沉淀及能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體,則:

A中的化學(xué)鍵類型為_________(填離子鍵共價(jià)鍵).

A、B溶液混合后加熱呈中性,該反應(yīng)的離子方程__________________________

2)若A的水溶液為淺綠色,B的焰色反應(yīng)呈黃色.向A的水溶液中加入稀鹽酸無明顯現(xiàn)象,再加入B后溶液變黃,但A、B的水溶液混合后無明顯變化.則:

A的化學(xué)式為__________________________

②經(jīng)分析上述過程中溶液變黃的原因可能有兩種(請用文字?jǐn)⑹觯?/span>

._______________________.Ⅱ._________________________

③請用一簡易方法證明上述溶液變黃的原因_________________________

④利用上述過程中溶液變黃原理,將其設(shè)計(jì)成原電池,若電子由a流向b,則b極的電極反應(yīng)式為_

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】用除去表面氧化膜的細(xì)鋁條緊緊纏繞在溫度計(jì)上(如圖),將少許硝酸汞溶液滴到鋁條表面,置于空氣中,很快鋁條表面產(chǎn)生白毛,且溫度明顯上升。下列分析錯(cuò)誤的是

A.AlO2化合放出熱量B.硝酸汞是催化劑

C.涉及了:2Al+3Hg2+→2Al3++3HgD.白毛是氧化鋁

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】已知3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。下列判斷正確的是

A.N元素的化合價(jià)降低B.NH3被還原

C.消耗0.3 mol CuO轉(zhuǎn)移0.6 NA個(gè)電子D.CuO是還原劑

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】用下面兩種方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。

方法一:用不含Fe3+FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。

1)用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時(shí)還需加入__。

2)除去蒸餾水中溶解的O2常采用___的方法。

3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液,這樣操作的理由是__。

方法二:在如圖裝置中,用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備。

1)在試管I里加入的試劑是___。

2)在試管II里加入的試劑是___。

3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀,在試管III中加入試劑,打開止水夾,塞緊塞子后的實(shí)驗(yàn)步驟是:先___,后__。

4)這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時(shí)間保持白色,其理由是__。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】工業(yè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)CO2H2反應(yīng)合成甲醇。在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO26molH2,一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。請回答:

1)該密閉容器的容積是___

2)達(dá)到未平衡狀態(tài)的時(shí)刻是___min(填“3”或“10”)。

3)在前3min內(nèi),用H2濃度的變化表示的反應(yīng)速率v(H2)=___mol/(L·min)

410min時(shí)體系的壓強(qiáng)與開始時(shí)壓強(qiáng)之比為__。

5)達(dá)平衡后H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是___

6)已知:①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H=-90.1kJ/mol,②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(gH=-41.1kJ/mol,則CO2H2反應(yīng)合成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式__,反應(yīng)在10min內(nèi)所放出的熱量為__。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】201913日上午,嫦娥四號探測器翩然落月,首次實(shí)現(xiàn)人類飛行器在月球背面的軟著陸。所搭載的玉兔二號月球車,通過砷化鎵(GaAs)太陽能電池提供能量進(jìn)行工作;卮鹣铝袉栴}:

(1)基態(tài)As原子的價(jià)電子排布圖為____________,基態(tài)Ga原子核外有________個(gè)未成對電子。

(2)鎵失去電子的逐級電離能(單位:kJmol-1)的數(shù)值依次為577、1985、2962、6192,由此可推知鎵的主要化合價(jià)為____+3,砷的電負(fù)性比鎵____(”)。

(3)1918年美國人通過反應(yīng):HC≡CH+AsCl3CHCl=CHAsCl2制造出路易斯毒氣。在HC≡CH分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為________;AsCl3分子的空間構(gòu)型為___________

(4)砷化鎵可由(CH3)3GaAsH3700℃制得,(CH3)3Ga中碳原子的雜化方式為_______

(5)GaAs為原子晶體,密度為ρgcm-3,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示, GaAs_______鍵鍵合。GaAs的原子半徑分別為a pmb pm,設(shè)阿伏伽德羅常數(shù)的值為NA,則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為_______________(列出計(jì)算式,可不化簡)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】胡椒酚是植物揮發(fā)油中的一種成分。關(guān)于胡椒酚的下列說法其中正確的是(

①該化合物屬于芳香烴;②分子中至少有7個(gè)碳原子處于同一平面;③它存在能發(fā)生銀鏡反應(yīng)的同分異構(gòu)體;④1mol該化合物最多可與4mol H2發(fā)生加成反應(yīng)

A.①③B.①②④C.②③D.②③④

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