化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。
(1)合成氨用的氫氣有多種制取方法:請你寫出用C制備水煤氣的化學(xué)反應(yīng)方程式 。還可以由天然氣或重油制取氫氣:CH4+H2O(g) 高溫催化劑CO+3H2;比較以上兩種方法轉(zhuǎn)移6mol電子時,C和CH4的質(zhì)量之比是 。
(2)工業(yè)生產(chǎn)可以用NH3(g)與CO2(g)經(jīng)過兩步反應(yīng)生成尿素,兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下:
則NH3(g)與CO2(g)反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式為 。
(3)已知反應(yīng)Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g) △H=akJ/mol。測得在不同溫度下,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下:
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式K= ,a 0(填“>”、“<”或“:”)。在500℃2L密閉容器中進行反應(yīng),F(xiàn)e和CO2的起始量均為4 mol,則5min后達到平街時CO2的轉(zhuǎn)化率為 ,生成CO的平均速率v(CO)為 。
②700℃反應(yīng)達到平衡后,要使該平衡向右移動,其他條件不變時,可以采取的措施有 (填字母)。
A.縮小反應(yīng)器容積 | B.增加Fe的物質(zhì)的量 |
C.升高溫度到900℃ | D.使用合適的催化劑 |
(15分,最后一問1分,其余每空2分)(1)C+H2O(g) CO+H2;9:4
(2)2NH3(g)+CO2(g)=H2O(l)+CO(NH2)2(s) △H=-134kJ/mol
(3)①;>;50%;0.2mol/(L·min) ②C
解析試題分析:(1)高溫下碳和水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和CO,反應(yīng)的化學(xué)方程式是C+H2O(g) CO+H2;反應(yīng)中碳的化合價從0價升高到+2價,轉(zhuǎn)移2個電子。因此轉(zhuǎn)移6mol電子時,消耗碳單質(zhì)的質(zhì)量是:12g/mol×3mol=36g。在反應(yīng)CH4+H2O(g) 高溫催化劑CO+3H2中碳的化合價從-4價升高到+2價,轉(zhuǎn)移6個電子。因此轉(zhuǎn)移6mol電子時消耗甲烷的質(zhì)量是16g,所以以上兩種方法轉(zhuǎn)移6mol電子時,C和CH4的質(zhì)量之比是36:16=9:4。
(2)根據(jù)圖像可知,第一步反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,因此是放熱反應(yīng),反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是2NH3(g)+CO2(g)=H2NCOONH4(l,氨基甲酸銨) △H1=-272KJ/mol;第二步反應(yīng)中,反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量,因此反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式是H2NCOONH4(l)=H2O(l)+ CO(NH2)2(s) △H2=+138KJ/mol。根據(jù)蓋斯定律可知,兩個過程相加即得到NH3(g)與CO2(g)反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式,即為2NH3(g)+CO2(g)=H2O(l)+ CO(NH2)2(s) △H=-272KJ/mol+138KJ/mol=-134kJ/mol。
(3)①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下,當(dāng)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,所以根據(jù)反應(yīng)Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)可知,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。由表中數(shù)據(jù)可知,對于反應(yīng)①,溫度越高平衡常數(shù)越大,說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動。由于升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向進行,故a>0。令平衡時參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量濃度為xmol,則:
Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)
起始濃度(mol/L) 2 0
轉(zhuǎn)化量(mol/L) x x
平衡量(mol/L) 2-x x
所以根據(jù)平衡常數(shù)的表達式可知=1,解得x=1,所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為×100%=50%。其中CO表示的平均速率v(CO)==0.2mol/(L?min)。
②A、反應(yīng)前后體積不變,縮小反應(yīng)器容積,壓強增大,化學(xué)平衡不移動,故A錯誤;
B、鐵是固體,增加Fe的物質(zhì)的量,不會引起化學(xué)平衡的移動,故B錯誤;
C、正方應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度到900℃,化學(xué)平衡正向移動,故C正確;
D、催化劑只能改變反應(yīng)速率,不能改變平衡狀態(tài),所以使用合適的催化劑,不會引起化學(xué)平衡的移動,故D錯誤,答案選C。
考點:考查氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和計算;熱化學(xué)方程式的書寫;化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)應(yīng)用和計算;外界條件對平衡狀態(tài)的影響等
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
目前,消除氮氧化物污染有多種方法。
(1)用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160 kJ·mol-1
③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·mol-1
寫出CH4 (g)與NO2 (g)反應(yīng)生成N2 (g) ,CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程 式_____________________
(2)用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO,恒溫(T。C)條件下反應(yīng),反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下
①不能作為判斷反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù) 是_______
A.容器內(nèi)CO2的濃度保持不變
B.v正(N2)="2" v正(NO)
C.容器內(nèi)壓強保持不變
D.混合氣體的密度保持不變
E.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
②在T。C時.該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______(保留兩位小數(shù));
③在30 min,改變某一條件,反應(yīng)重新達到平衡,則改變的條件是_______
(3)科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將超音速飛機尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2,其反應(yīng)為:
2CO+2NON2+2CO2 ΔH<0研究表明:在使用等質(zhì)量催化劑時,增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率.為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學(xué)反 應(yīng)速率的影響規(guī)律、某同學(xué)設(shè)計了三組實驗,部分實驗條件已經(jīng)填在下表中。
①上表中:a=_______,b=________,e=________
②請在給出的坐標圖中,畫出上表中實驗II和實驗III條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖,并標明相應(yīng)的實驗編號
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題
直接甲醇燃料電池(DNFC)被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源。
(1)101 kPa時,1 mol CH3OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51 kJ/mol,則甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為 。
(2)甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是:
①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H1="+49.0" kJ·mol-1
②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2
已知H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H ="-241.8" kJ·mol-1
則反應(yīng)②的△H2= kJ·mol-1。
(3)甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如右。甲醇進入 極(填“正”或“負”),正極發(fā)生的電極反應(yīng)式為 。負極發(fā)生的電極反應(yīng)式為 。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:問答題
(15分)
甲醇是一種可再生能源,具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景.請回答下列與甲醇有關(guān)的問題.
(1)甲醇分子是____分子(填“極性”或“非極性”).
(2)工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H=-86.6kJ/mol,在T℃時,往一個體積固定為1L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H2:,反應(yīng)達到平衡時,容器內(nèi)的壓強是開始時的3/5.
①達到平衡時,CO的轉(zhuǎn)化率為 。
②下列選項能判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有____ 。
A. | B.CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率 |
C.容器內(nèi)的壓強保持不變 | D.混合氣體的密度保持不變 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:問答題
SO2、NO、NO2、CO都是污染大氣的有害氣體,對其進行回收利用是節(jié)能減排的重要課題。
(1)上述四種氣體中直接排入空氣時會引起酸雨的有__________(填化學(xué)式)。
(2)已知:2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol
O2(g)+2NO(g)=2NO2(g);△H=-113.0kJ/mol
①反應(yīng):NO2(g) +SO2(g)= SO3(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定條件下,將NO2和SO2以體積比1:1置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng): NO2(g) +SO2(g)SO3(g) +NO(g),
下列不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是_____(填字母)。
a.體系壓強保持不變
b.混合氣體的顏色保持不變
c.NO的物質(zhì)的量保持不變
d.每生成1molSO3的同時消耗1molNO2
(3)CO可用于合成甲醇,其反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20mol H2,在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)、壓強(p)的關(guān)系如圖所示。
①上述合成甲醇的反應(yīng)為______(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。
②A、B、C三點的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為___________。
③若達到平衡狀態(tài)A時,容器的體積為10L,則在平衡狀態(tài)B時容器的體積為_____L。
(4)某研究小組設(shè)計了如圖所示的甲醇燃料電池裝置。
①該電池工作時,OH-向______(填“a”或“b”)極移動。
②電池工作一段時間后,測得溶液的pH減小,則該電池總反應(yīng)的離子方程式為__________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題
碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一種理想,更是一種值得期待的新的生活方式。
(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) ΔH1= +489.0 kJ/mol
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH2=+172.5 kJ/mol
則CO還原Fe2O3的熱化學(xué)方程式為 ;
②氯化鈀(PdCl2)溶液常被應(yīng)用于檢測空氣中微量CO。PdCl2被還原成單質(zhì),反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ;
(2)將兩個石墨電極插入KOH溶液中,向兩極分別通入C3H8和O2構(gòu)成丙烷燃料電池。
①負極電極反應(yīng)式是: ;
②某同學(xué)利用丙烷燃料電池設(shè)計了一種電解法制取Fe(OH)2的實驗裝置(如下圖所示),通電后,溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀,且較長時間不變色。下列說法中正確的是 (填序號)
A.電源中的a一定為正極,b一定為負極
B.可以用NaCl溶液作為電解液
C.A、B兩端都必須用鐵作電極
D.陰極發(fā)生的反應(yīng)是:2H++2e-=H2↑
(3)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中,進行反應(yīng):CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下三組數(shù)據(jù):
實驗組 | 溫度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 達到平衡所需時間/min | |
H2O | CO | CO2 | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 3 |
3 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題
為減小CO2對環(huán)境的影響,在限制其排放量的同時,應(yīng)加強對CO2創(chuàng)新利用的研究。
(1)①把含有較高濃度CO2的空氣通入飽和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高溫水蒸氣得到高濃度的CO2氣體。寫出②中反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________________。
(2)如將CO2與H2以1:3的體積比混合。
①適當(dāng)條件下合成某烴和水,該烴是 (填序號)。
A.烷烴 | B.烯烴 | C.炔烴 | D.苯的同系物 |
溶解度(S)/g | 溶度積(Ksp) | ||
Ca(OH)2 | Ba(OH)2 | CaCO3 | BaCO3 |
0.16 | 3.89 | 2.9×10-9 | 2.6×10-9 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題
除去雜質(zhì)后的水煤氣主要含H2、CO,是理想的合成甲醇的原料氣。
(1)生產(chǎn)水煤氣過程中有以下反應(yīng):①C(s)+CO2(g)2CO(g) △H1;
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H2;③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H3;
上述反應(yīng)△H3與△H1、△H2之間的關(guān)系為 。
(2)將CH4轉(zhuǎn)化成CO,工業(yè)上常采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù),其反應(yīng)原理為:2CH4(g)+3O2(g)4CO(g)+4H2O(g) △H=-1038kJ/mol。工業(yè)上要選擇合適的催化劑,分別對X、Y、Z三種催化劑進行如下實驗(其他條件相同):
①X在750℃時催化效率最高,能使正反應(yīng)速率加快約3×105倍;
②Y在600℃時催化效率最高,能使正反應(yīng)速率加快約3×105倍;
③Z在440℃時催化效率最高,能使逆反應(yīng)速率加快約1×106倍;
根據(jù)上述信息,你認為在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇的適宜催化劑是 (填“X”或“Y”或“Z”),選擇的理由是 ;
(3)請在答題卡中,畫出(2)中反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖,并進行必要標注。
(4)合成氣合成甲醇的主要反應(yīng)是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJ·mol-1,T℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。
此溫度下,在密閉容器中開始只加入CO、H2,反應(yīng)10min后測得各組分的濃度如下:
物質(zhì) | H2 | CO | CH3OH |
濃度/(mol·L-1) | 0.20 | 0.10 | 0.40 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:單選題
一定條件下,反應(yīng)2AB(g) A2(g)+B2(g)達到平衡狀態(tài)的標志是
A.單位時間內(nèi)生成n molA2的同時消耗n molB2
B.容器內(nèi), AB、A2、B2三種氣體共存
C.AB的消耗速率等于A2的消耗速率
D.容器中各組分的體積分數(shù)不隨時間變化
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