研究CO2與CH4,反應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為CO和H2,對減緩燃料危機、減小溫室效應(yīng)具有重要的意義。
(1)已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-890kJ/mol
則:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=____________。
(2)在密閉容器中通人物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L的CH4與CO2,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系如圖1:
①下列事實能說明該反應(yīng)一定達到平衡的是 。
a.CO2的濃度不再發(fā)生變化
b.υ正(CH4)=2υ逆(CO)
c.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化
d.CO與H2的物質(zhì)的量比為1:1
②據(jù)圖可知,P1、P2、P3、P4由大到小的順序為 。
③在壓強為P4、1100℃的條件下,該反應(yīng)5min時達到平衡x點,則用CO表示該反應(yīng)的速率為 ,該溫度下,反應(yīng)的平衡常數(shù)為 。
(3)用CO與H2可合成甲醇(CH3OH),以甲醇和氧氣反應(yīng)制成的燃料電池如圖2所示,該電池工作程中O2應(yīng)從 (填“c或一b”)口通人,電池負極反應(yīng)式為 ,若用該電池電解精煉銅,每得到6. 4g銅,轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為 。
(16分)(1)+160kJ/mol(2分) (2)①a、c(2分) ②P4>P3>P2>P1(2分)
③0.032mol/(L?min);1.64(2分)
(3)c(2分);CH3OH+H2O-12e-=CO2↑+6H+(2分);1.204×1023或0.2NA(2分)
解析試題分析:(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566kJ/mol、②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol、③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-890kJ/mol,因此根據(jù)蓋斯定律可知,③-①-②即得反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-890kJ/mol+566kJ/mol+484kJ/mol=+160kJ/mol。
(1)①在一定條件下,當(dāng)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(xué)平衡狀態(tài)。根據(jù)方程式CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)可知,該反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng),則a.平衡時反應(yīng)混合物各組分的濃度不變,CO2的濃度不再發(fā)生變化,說明到達平衡,故a正確;b.υ正(CH4)=2υ逆(CO),則υ正(CH4):υ逆(CO)=2:1,不等于化學(xué)計量數(shù)之比,未處于平衡狀態(tài),正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率,平衡向正反應(yīng)進行,故b錯誤;c.混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值。反應(yīng)混合物的總質(zhì)量不變,隨反應(yīng)進行,反應(yīng)混合物的總的物質(zhì)的量增大,平均相對分子質(zhì)量減小,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化,說明到達平衡,故c正確;d.CO與H2的化學(xué)計量數(shù)為1:1,反應(yīng)數(shù)值按物質(zhì)的量比為1:1進行,不能說明到達平衡,故d錯誤,答案選ac。
②根據(jù)圖可知,溫度一定時,甲烷的轉(zhuǎn)化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4)。由于該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),增大壓強平衡向逆反應(yīng)進行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低,故壓強P1、P2、P3、P4由大到小的順序為P4>P3>P2>P1。
③根據(jù)圖1可知,壓強為P4、1100℃的條件下,該反應(yīng)5min時達到平衡X點,此時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%,因此甲烷的濃度變化量為0.1mol/L×80%=0.08mol/L,故v(CH4)==0.016mol/(L?min)。根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可知,v(CO)=2v v(CH4)=2×0.016mol/(L?min)=0.032mol/(L?min)。
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)
起始濃度(mol/L) 0.1 0.1 0 0
轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 0.08 0.08 0.16 0.16
平衡濃度(mol/L) 0.02 0.02 0.16 0.16
所以該溫度下平衡常數(shù)K===1.64
(3)由圖2可知,氫離子由左邊轉(zhuǎn)移到右邊,左邊有氣體生成,故左邊發(fā)生氧化反應(yīng),右邊發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)中氧氣得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),故氧氣在c口通入,電極總反應(yīng)式為 2CH3OH+3O2=2CO2↑+4H2O,正極電極反應(yīng)式為3O2+12H++12e-=6H2O,總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負極電極反應(yīng)式為:CH3OH+H2O-12e-=CO2↑+6H+。銅的物質(zhì)的量為6.4g÷64g/mol=0.1mol,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知,轉(zhuǎn)移電子等于銅離子轉(zhuǎn)化為銅獲得的電子,故轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.1mol×2×NAmol-1=0.2NA。
考點:考查蓋斯定律的應(yīng)用;平衡狀態(tài)的判斷、外界條件對平衡狀態(tài)的影響;反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計算;電化學(xué)原理的應(yīng)用以及有關(guān)計算等
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
(1)已知2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6 kJ/mol,
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)ΔH=-283.0 kJ/mol。某H2和CO的混合氣體完全燃燒時放出113.74 kJ熱量,同時生成3.6 g液態(tài)水,則原混合氣體中H2和CO的物質(zhì)的量之比為___________。
(2)以甲醇、空氣,氫氧化鉀溶液為原料,石墨為電極,可構(gòu)成燃料電池;已知該燃料電池的總反應(yīng)式是:2CH3OH +3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,該燃料電池發(fā)生反應(yīng)時,正極區(qū)溶液的PH__________ (填“增大”, “減小” 或“不變”)該電池的負極反應(yīng)式為_________________。
(3) 用上述燃料電池進行粗銅的精煉,粗銅應(yīng)連接電源的________極,該粗銅精煉電解池的陰極反應(yīng)式為_________________。
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:問答題
(15分)火力發(fā)電廠釋放出大量氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等氣體會造成環(huán)境問題。對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理,可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的。
(1)脫硝。利用甲烷催化還原NOx:
CH4(g) + 4NO2(g) =4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H1=-574 kJ·mol-1
CH4(g) + 4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H2=-1160 kJ·mol-1
甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為 。
(2)脫碳。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H3
①在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2進行上述反應(yīng)。測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖1所示;卮穑0~10 min內(nèi),氫氣的平均反應(yīng)速率為 mol/(L·min);第10 min后,保持溫度不變,向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),則平衡 (填“正向”、“逆向”或“不”)移動。
②取五份等體積的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?jǐn)?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)化為甲醇的反應(yīng)的△H3 0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)脫硫。利用Na2SO3溶液可脫除煙氣中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得。NaOH溶液吸收SO2的過程中,pH隨n(SO32-)︰n(HSO3﹣)變化關(guān)系如下表:
n(SO32﹣)︰n(HSO3﹣) | 91︰9 | 1︰1 | 9︰91 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:問答題
(14分)從能量的變化和反應(yīng)的快慢等角度研究反應(yīng):。
(1)為了加快正反應(yīng)速率,可以采取的措施有________(填序號,下同)。
A.使用催化劑 | B.提高氧氣的濃度 |
C.提高反應(yīng)的溫度 | D.降低反應(yīng)的溫度 |
化學(xué)鍵 | H—H | O=O | H—O |
鍵能 | 436 | 496 | 463 |
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:問答題
已知下列熱化學(xué)方程式:
①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1 =-393.5 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2 =-566.0 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H3 =-571.6 kJ·mol-1
通過計算(要有計算過程),寫出1 mol C與液態(tài)H2O反應(yīng)生成CO和H2的熱化學(xué)方程式。
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題
研究碳及其化合物的綜合利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義。
(1)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”電池,其裝置示意圖如圖1,該電池正極的電極反應(yīng)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) △H=QkJ/mol
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?jǐn)?shù)( CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示,則上述反應(yīng)的Q_____0(填“>”“<”或“=”);
③在其中兩個容器中,測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示,曲線I、II對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K1_________K11(填“>”“<”或“=”)。
(3)用H2或CO催化還原NO可以達到消除污染的目的。
已知:2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=-180.5kJ/mol
2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol
則H2(g)與NO(g)反應(yīng)生成N2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式是________。
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題
PM2.5(可入肺顆粒物)污染跟冬季燃煤密切相關(guān),燃煤還同時排放大量的CO2、SO2和NOx
(1)最近有科學(xué)家提出構(gòu)想:把空氣吹入飽和碳酸鉀溶液,然后再把CO2從溶液中提取出來,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕剂霞状肌?br />①已知在常溫常壓下:
2CH3OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(g) ?H = -1275.6 kJ/mol
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ?H = -566.0 kJ/mol
H2O(g)=H2O(1) ?H = -44.0 kJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_____________________。
②以甲醇和氧氣反應(yīng)制成的燃料電池如圖所示,該電池工作過程中O2應(yīng)從______(填“c”或“b”)口通入,電池負極反應(yīng)式為__________________。
③25℃時,將甲醇燃燒生成的足量CO2通入到濃度為0.lmol·L-1,NaOH溶液中,所得溶液的pH=8,溶液中離子濃度由大到小的順序是_________________。
(2)已知在一定條件下,NO與NO2存在下列反應(yīng):NO(g)+NO2(g)=N2O3(g),ΔH<0若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進行,下列示意圖能說明tl時刻達到平衡狀態(tài)的是____________。
(3)在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20molSO2和0.l0molO2,半分鐘后達到平衡,測得容器中含SO30.18mol,則v(O2)=__________,若繼續(xù)通入0.20mo1SO2和0.lmolO2,則平衡____________移動(填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”)。
(4)在一定條件下,NO2可以被NH3還原為N2來消除NO2對環(huán)境造成的污染。25℃時,將NH3溶于水得l00mL 0.lmol·L-的氨水,測得pH=11,則該條件下NH3·H2O的電離平衡常數(shù)約為___________。
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題
甲醇是一種可再生能源,具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景。工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116 kJ·mol-1
(1)下列有關(guān)上述反應(yīng)的說法正確的是________。
a.恒溫、恒容條件下,容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達到平衡
b.一定條件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應(yīng)達到平衡
c.保持容器體積不變,升高溫度可提高CO的轉(zhuǎn)化率
d.使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH3OH的產(chǎn)量
(2)在容積為1L的恒容容器中,分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律。右圖是上述三種溫度下不同的H2和CO的起始組成比(起始時CO的物質(zhì)的量均為1mol)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。
①在上述三種溫度中,曲線Z對應(yīng)的溫度是 。
②利用圖中a點對應(yīng)的數(shù)據(jù),計算該反應(yīng)在對應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)K (寫出計算過程)。
③在答題卡相應(yīng)位置上畫出:上述反應(yīng)達到平衡后,減小體系壓強至達到新的平衡過程中,正逆反應(yīng)速率與時間的變化關(guān)系圖并標(biāo)注。
(3)已知:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3=-242 kJ·mol-1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO 2和水蒸氣時的熱化學(xué)方程式為 。
查看答案和解析>>
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:單選題
把鋁條放入盛有過量稀鹽酸的試管中,不影響氫氣產(chǎn)生速率的因素是
A.鹽酸的濃度 | B.鋁條的表面積 | C.溶液的溫度 | D.加少量Na2SO4固體 |
查看答案和解析>>
湖北省互聯(lián)網(wǎng)違法和不良信息舉報平臺 | 網(wǎng)上有害信息舉報專區(qū) | 電信詐騙舉報專區(qū) | 涉歷史虛無主義有害信息舉報專區(qū) | 涉企侵權(quán)舉報專區(qū)
違法和不良信息舉報電話:027-86699610 舉報郵箱:58377363@163.com