甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料,可制作燃料電池。
(1)為探究用CO2生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理,現(xiàn)進行如下實驗:在體積為1L的密閉容器中,充入1molCO2和3molH2,一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)    △H=-49.0kJ/mol
測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如右圖。請回答:

①從反應(yīng)開始到平衡,氫氣的反應(yīng)速率:v(H2)=                        。
②能夠說明該反應(yīng)已達到平衡的是_________。
A.恒溫、恒容時,容器內(nèi)的壓強不再變化
B.恒溫、恒容時,容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C.一定條件下,CO、H2和CH3OH的濃度保持不變
D.一定條件下,單位時間內(nèi)消耗3molH2的同時生成1molCH3OH
③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是           。
A.加入催化劑                B.充入He(g),使體系壓強增大
C.將H2O(g)從體系中分離      D.降低溫度
④求此溫度(T1)下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1                (計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
⑤另在溫度(T2)條件下測得平衡常數(shù)K2,已知T2>T1,則K2     (填“>”、“=”或“<”)K1。
(2)以CH3OH為燃料(以KOH溶液作電解質(zhì)溶液)可制成CH3OH燃料電池(電池總反應(yīng)式:2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O),則充入CH3OH的電極為  極,充入O2的電極反應(yīng)式              
(3)已知在常溫常壓下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  △H1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2
則1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應(yīng)的△H=                   。(用含△H1、△H2的式子表示)
(1)①0.225mol/(L·min)   ② A C    ③C D    ④5.33    ⑤<
(2)①負; ②3O2+12e+6H2O=12OH(O2+4e+2H2O=4OH也算對) (3)

試題分析:(1)①根據(jù)圖像可知,反應(yīng)進行到10min是物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化,反應(yīng)達到平衡狀態(tài),此時生成甲醇的物質(zhì)的量濃度是0.75mol/L,則根據(jù)反應(yīng)的方程式可知,消耗氫氣的濃度是0.75mol/L×3=2.25mol/L,所以v(H2)=2.25mol/L÷10min=0.225mol/(L?min)。
②在一定條件下,當可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(但不為0),反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài),稱為化學平衡狀態(tài),據(jù)此可以判斷。A、根據(jù)方程式可知,反應(yīng)兩邊氣體的體積不相等,恒溫、恒容時在反應(yīng)過程中壓強是變化的,當容器內(nèi)的壓強不再變化使,可以證明正逆反應(yīng)速率相等,達到了平衡狀態(tài),故A正確;B、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值,在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的,即氣體的密度始終不變,所以恒溫、恒容時,容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化不能說明反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài),B不正確;C、一定條件下,CO、H2和CH3OH的濃度保持不變,說明正逆反應(yīng)速率,達到了平衡狀態(tài),故C正確;D、根據(jù)方程式可知,一定條件下,單位時間內(nèi)消耗3molH2的同時,必然生成1molCH3OH,因此用H2、CH3OH的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率的比為3:1的狀態(tài),不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等,故D錯誤,因此答案為A、C。
③A、催化劑不能改變平衡狀態(tài),所以加入催化劑不能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,A不正確;B、充入He氣,參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度不變,平衡不移動,即平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)不變,故B錯誤;C、將H2O(g)從體系中分離,生成物濃度減小,平衡向正反應(yīng)方向移動,則平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正確;D、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng),則降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動,能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正確,答案選C、D。
④化學平衡常數(shù)是在一定條件下,當可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時,生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值,即K=。達到平衡時,c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=0.75mol/L,根據(jù)方程式可知c(H2O)=0.75mol/L。同樣根據(jù)反應(yīng)方程式,反應(yīng)氫氣的消耗濃度為生成的甲醇濃度的3倍,所以平衡狀態(tài)時氫氣的濃度為=3mol/L-3×0.75mol/L=0.75mol/L,因此K=≈5.33。
⑤該反應(yīng)正方應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,平衡常數(shù)減小,所以K2<K1。
(2)原電池中負極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。正極得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),所以根據(jù)電池總反應(yīng)式2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O可知,甲醇是還原劑,氧氣是氧化劑,因此充入CH3OH的電極為負極,氧氣在正極通入。由于電解質(zhì)是=堿性溶液,所以充入O2的電極反應(yīng)式為3O2+12e+6H2O=12OH。
(3)已知反應(yīng)①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1、②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2,則根據(jù)蓋斯定律可知,(①-②)÷2即得到反應(yīng)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g),所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=。
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源:不詳 題型:填空題

工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇。一定溫度和容積條件下發(fā)生反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。圖1表示反應(yīng)中的能量變化;圖2表示一定溫度下,在體積為1L的密閉容器中加入2mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的濃度隨時間變化。

請回答下列問題:
(1)在“圖1”中,曲線  (填“a”或“b”)表示使用了催化劑;沒有使用催化劑時,在該溫度和壓強條件下反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的△H=        
(2)下列說法正確的是     
A.起始充入的CO的物質(zhì)的量為1mol
B.增加CO的濃度,H2的轉(zhuǎn)化率會增大
C.容器中壓強恒定時,反應(yīng)達到平衡狀態(tài) 
(3)從反應(yīng)開始到建立平衡,v(CO)=       ;達到平衡時,c(H2)=     ,該溫度下CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的化學平衡常數(shù)為             。達到平衡后若保持其它條件不變,將容器體積壓縮為0.5L,則平衡          移動 (填“正向”、“逆向”或“不”)。
(4)已知CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g);ΔH=-193kJ/mol
又知H2O(l)= H2O(g);ΔH=+44 kJ/mol,請寫出32g的CH3OH(g)完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式                            。

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:填空題

2012年始,霧霾天氣無數(shù)次肆虐家鄉(xiāng)邯鄲。其中,燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一。
(1)汽車尾氣凈化的主要原理為:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)!鱄<0
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達式                        
②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進行,下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是               (填代號)。

(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題。
煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物,用CH4催化還原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知:Ⅰ CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867 kJ/mol
Ⅱ 2NO2(g)N2O4(g)  △H=-56.9 kJ/mol
Ⅲ H2O(g) = H2O(l)  ΔH = -44.0 kJ/mol
寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的熱化學方程式:                   。
(3)甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mL1mol/L食鹽水,電解一段時間后,收集到標準狀況下的氫氣2.24L(設(shè)電解后溶液體積不變).
①甲烷燃料電池的負極反應(yīng)式:                                          。
②電解后溶液的pH=        (忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng))
③陽極產(chǎn)生氣體的體積在標準狀況下是       L

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:填空題

(11分)研究燃料的燃燒和對污染氣體產(chǎn)物的無害化處理,對于防止大氣污染有重要意義。
(1)將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料:
已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) H= ?241.8kJ/mol 
C(s)+1/2O2(g)=CO(g)  H= ?110.5kJ/mol
寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)制H2和CO的熱化學方程式                         。
(2)一定條件下,在密閉容器內(nèi),SO2被氧化成SO3的熱化學方程式為:2SO2(g)+O2(g)  2SO3(g);
△H=?a kJ/mo1,在相同條件下要想得到2akJ熱量,加入各物質(zhì)的物質(zhì)的量可能是            
A.4mo1 SO2和2mol O2      B.4mol SO2、2mo1 O2和2mol SO3
C.4mol SO2和4mo1 O2        D.6mo1 SO2和4mo1 O2
(3)汽車尾氣中NOx和CO的生成及轉(zhuǎn)化:
①已知氣缸中生成NO的反應(yīng)為:N2(g)+O2(g)  2NO(g) H>0
在一定溫度下的定容密閉容器中,能說明此反應(yīng)已達平衡的是          
A.壓強不變                   B.混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變
C.2v(N2)=v(NO)           D. N2的體積分數(shù)不再改變
②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO,有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO:2CO(g)=2C(s)+O2(g) H>0,
簡述該設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)                                                             。
(4)燃料CO、H2在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化:CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g)。在420℃時,平衡常數(shù)K=9。若反應(yīng)開始時,CO、H2O的濃度均為0.1mol/L,則CO在此反應(yīng)條件下的轉(zhuǎn)化率為              。

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:填空題

完成下列熱化學方程式(化學方程式、電極反應(yīng)式、表達式等)的書寫:
(1)已知:2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s);△H=-169kJ·mol-1,
C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H=-110.5kJ·mol-1,
Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s);△H=-157kJ·mol-1
用炭粉在高溫條件下還原CuO生成Cu2O的熱化學方程式是:                
(2)在一定條件下,二氧化硫和氧氣發(fā)生如下反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),寫出該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式:             
(3)以甲烷、空氣為反應(yīng)物,KOH溶液作電解質(zhì)溶液構(gòu)成燃料電池,則負極反應(yīng)式為:           
(4)鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕的電池反應(yīng)方程式為                     。
(5)“鎂—次氯酸鹽”燃料電池,其裝置示意圖如圖,該電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為_______________。

(6)工業(yè)上電解熔融氯化鈉的方程式為                                        。

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:填空題

(1)CH4(g )+2O2(g )=CO2(g )+2H2O(g )    ΔH=-802.3kJ/mol
該熱化學反應(yīng)方程式的意義是_____________________________________。
(2)已知2g乙醇完全燃燒生成液態(tài)水放出Q kJ的熱量,寫出表示乙醇燃燒熱的熱化學方
程式:____________________________________________________________.
(3)已知拆開1mol H-H鍵,1mol N-H鍵,1mol 鍵分別需要的能量是436kJ、391KJ、946kJ,則N2與H2反應(yīng)生成1mol NH3(g)的熱化學方程式是___________________.
(4)依據(jù)蓋斯定律可以對某些難以通過實驗直接測定的化學反應(yīng)的焓變進行推算。
已知:C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g)       ΔH=-393.5kJ/mol   ①
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)               ΔH=-571.6kJ/mol   ②
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)   ΔH=-2599kJ/mol   ③
根據(jù)蓋斯定律,計算298K時由C(石墨,s)和H2(g)生成1mol C2H2(g)反應(yīng)的焓變:
____________________________.

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:填空題

研究NO2、SO2 、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義。
(1)I2O5可使H2S、CO、HC1等氧化,常用于定量測定CO的含量。已知:
2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s)         △H=-75.56  kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)       △H=-566.0  kJ·mol-1
寫出CO(g)與I2O5(s)反應(yīng)生成I2(s)和CO2(g)的熱化學方程式:                                     。
(2)一定條件下,NO2與SO2反應(yīng)生成SO3和NO兩種氣體:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)將體積比為1∶2的NO2、SO2氣體置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是                     
a.體系壓強保持不變
b.混合氣體顏色保持不變
c.SO3和NO的體積比保持不變
d.每消耗1molSO2的同時生成1molNO
測得上述反應(yīng)平衡時NO2與SO2體積比為1∶6,則平衡常數(shù)K=                 
(3)從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳,用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學方程式為:CO2  (g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)   △H3
①取五份等體體積CO2和H2的的混合氣體 (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)系曲線如圖所示,則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H3                     0(填“>”、“<”或“=”)。

②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1molCO2和3molH2,進行上述反應(yīng)。測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下左圖所示。若在上述平衡體系中再充0.5molCO2和1.5mol水蒸氣(保持溫度不變),則此平衡將                       移動(填“向正反應(yīng)方向”、“不”或“逆反應(yīng)方向”)。
         
③直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如上右圖所示。其工作時負極電極反應(yīng)式可表示為                      。

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:單選題

分析能量變化示意圖,下列選項正確的是
A.S(s,單斜)+O2(g)=SO2(g)△H ="+297.16" kJ?mol-1
B.S(s,單斜)+O2(g)=SO2(g)△H ="-296.83" kJ?mol-1
C.S(s,正交)+O2(g)=SO2(g)△H ="-296.83" kJ?mol-1
D.單斜硫比正交硫更穩(wěn)定

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:不詳 題型:單選題

某廢水處理廠處理廢水中NH+的過程如下:
①NH4+(aq)+ O2(g)=HNO2(aq)+H+(aq)+H2O(1)   ΔH="-b" KJ/mol
②2HNO2(aq)+O2(g)=2NO3-(aq)+2H+   ΔH=-aKJ/mol
下列敘述正確的是(  )
A.將NH4+轉(zhuǎn)化為NO3-的熱化學方程式可表示為:
NH4+(aq)+2O2(g)=NO3-(aq)+2H+(aq)+H2O(1)ΔH=-(b+)KJ/mol
B.在上述兩次轉(zhuǎn)化過程中,廢水的酸性先增大然后逐漸減弱
C.常溫下,若HNO3溶液中c(H+)="0.1" mol·L-1,則該溶液的pH>1
D.若上述兩次轉(zhuǎn)化完全,不考慮其它雜質(zhì)離子的存在,則:c(NH4+)+c(OH-)=c(NO3-)+c(H+)

查看答案和解析>>

同步練習冊答案