题目
题型:不详难度:来源:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH
(1)根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式
(热量用E1、E2或E3表示)。
(2)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如上图2。t1时改变了某种条件,改变的条件可能是 。
(3)判断反应达到平衡状态的依据是 (填字母序号,下同)。
A.2v(H2)(逆) =v(CO)(正) |
B.混合气体的密度不变 |
C.混合气体的平均相对分子质量不变 |
D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化 |
(4)在一定温度下,若将4a mol H2和2amol CO放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为50%,则该反应的平衡常数为 。若此时再向该容器中投入a mol CO、2amol H2和amol CH3OH,判断平衡移动的方向是 (“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);与原平衡相比,CO的物质的量浓度 (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(5)某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料做电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(见右图)。A物质的化学式是_________;该原电池的负极反应式可表示为 。
答案
(1)CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ΔH=(E1-E3)或-(E3-E1)kJ•mol-1
(2分,没写物质状态不给分,不写单位不扣分)
(2)加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等(2分)(任答一个合理答案给分。注:t1时刻不能确认是否平衡)
(3)CD(2分,见错不给分)
(4)(2分)正向移动(2分)增大(1分)
(5)A为CO2(2分)CH4+4CO32--8e- =5CO2+2H2O (2分)
解析
试题分析:(1)由图中可知,E1为断裂化学键所需要的能量,E3为形成化学键时所释放的能量,故每生成1mol甲醇的反应热为(E1—E3)KJ/mol。
(2)从图2曲线上可以看出,t1时刻前和t1时刻后,逆反应速率瞬间增大,可使反应速率增大的因素有增压、升温、加催化剂和增大物质浓度。
(3)判断反应是否达到平衡的依据是正逆反应速率相等和各物质浓度保持不变。在该反应中,,即,故A项不能说明反应已达到平衡状态;该反应在恒容容器中进行,反应物生成物都是气态,因此气体总质量和总体积一直不变,密度也一直不变,因此B项也不能说明反应达到平衡状态;当物质的质量以克为单位时,平均相对分子质量在数值上等于平均摩尔质量,,因为该反应是一个气体分子数目发生变化的反应,气体的物质的量也会发生变化,只有当反应达到平衡后,气体的物质的量才不再变化,即平均相对分子质量不再变化,因此C项可说明反应达到平衡状态;D项各物质浓度不再变化,反应达到平衡状态;反应达到平衡时,各物质的百分含量一定,物质间的比例一定,但数值不一定是1:2:1,E项不能说明反应达到平衡状态。
(4)反应消耗CO的物质的量:2a×50%=amol。
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
初始量:2amol 4amol 0
变化量:amol 2amol amol
平衡量:amol 2amol amol
若再向该容器中投入a mol CO、2amol H2和amol CH3OH,相当于增大气体压强,平衡正向移动。与原平衡相比,因为增加了CO的量,但容器容积未变,所以CO的浓度增大。
(5)该电池为甲烷燃料电池,电池总反应为CH4+2O2=CO2+2H2O,电池的电解质为碳酸盐,且电解质溶液组成保持稳定,所以循环的物质应为CO2。燃料电池负极应通入燃料,故负极反应式为:CH4+4CO32--8e- =5CO2+2H2O。
核心考点
举一反三
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
①在以上制备甲醇的两个反应中:反应Ⅰ优于反应Ⅱ,原因为_________________。
②对于反应Ⅰ,下图甲表示能量的变化;图乙表示一定温度下,在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时闻峦化。
在“图甲”中,曲线__________(填:“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于________(填:“吸热”、“放热”)反应。在图乙中从反应开始到建立平衡,用H2浓度变化表示的反应速率为_____________;该温度下CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的化学平衡常数为__________.
③对于反应Ⅱ,在一定温度时,将lmol CO2年和3mol H2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2的转化率为a,则容器内的平衡压强与起始压强之比为__________;若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是____________。
a.升高温度
b.增加CO2的量
c.充入He,使体系总压强增大
d.按原比例再充入CO2和H2
(2)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种 污染,其原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。实验室用下图装置模拟上述过程。
①阳极电极反应式为____________。
②除去甲醇的离子方程式为________________。
(1)如果将4mol NH3和5mol O2放入容器中,达到平衡时放出热量0.8akJ,则平衡时NH3的转化率为 。
(2)在一定条件下,容积固定的密闭容器中进行上述反应,NO的浓度与时间关系如图所示,则NO的a、b、c三点的反应速率v(a正)、v(b逆)、v(c正)的大小关系是 。
(3)t℃时,在容积固定的密闭容器中发生上述反应,容器内各物质的浓度如下表:
①第2min到第4mim,反应速率v(O2)= ;
②第2min时改变了条件,改变的条件可能是 (从所给选项中选择);
A.降低温度 | B.增加了生成物 | C.减小压强 | D.使用了高效催化剂 |
(4)硝酸厂的尾气含有氮氧化物,不经处理直接排放将污染空气。尿素(H2NCONH2)是一种非常重要的高氮化肥,在温度70—95℃时,工业尾气中的NO、NO2可以用尿素溶液吸收,将其转化为N2,尿素与NO、NO2三者等物质的量反应的化学方程式为 。
(5)目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水,其反应机理为:
则1mol甲烷直接将NO2还原为N2的烩变为____ 。
(1)工业上合成尿素的反应分两步进行:
第一步:2NH3(l)+CO2H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l) △H1
第二步:H2NCOONH4 (l) H2O+ H2NCONH2(l)△H2
某化学学习小组模拟工业上合成尿素的条件,在体积为1 L的密闭容器中投入4 mol NH3和1 mol CO2,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图I所示。
①已知总反应的快慢是由较慢的一步反应决定的。则合成尿素总反应的快慢由第______步反应决定,总反应进行到______min时到达平衡。
②第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上右图II所示,则ΔH2______0(填“>”、“<”或“=”。)
(2)该小组将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度/℃ | 15.0 | 20.0 | 25.0 | 30.0 | 35.0 |
平衡总压强/Kpa | 5.7 | 8.3 | 12.0 | 17.1 | 24.0 |
平衡气体总浓度/10-3mol/L | 2.4 | 3.4 | 4.8 | 6.8 | 9.4 |
①可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的标志是____________。
A.2V(NH3)=V(CO2) B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变 D.密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据,计算25.0°C时该分解反应的平衡常数为______(保留小数点后一位)。
(3)已知:
N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.6KJ/mol
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H2=-92.4KJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=-483.6KJ/mol
则4NO(g)+4NH3(g) +O2(g)= 4N2(g)+6 H2O(g)的△H=___kJ • mol-1。
(4)尿素燃料电池的结构如图所示。其工作时负极电极反应式可表示为______。
(1)已知:
① N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ/mo1
② 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221.0kJ/mo1
③ C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ/mo1
尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H= 。
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率,用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响);
①前2s内的平均反应速率v(N2)= 。
②在该温度下,反应的平衡常数K= L·mo1-1(写出计算结果)。
③对于该可逆反应,通过综合分析以上信息,至少可以说明 (填字母)
A.该反应的反应物混合后很不稳定 |
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成 |
C.该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小 |
D.该反应在一定条件下能自发进行 |
(3)为节约能源,减少污染,该研究小组继续探究一种高铁电池,这是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
该电池放电时负极反应式为 ,每有1mo1K2FeO4被还原,转移电子的物质的量为 ,充电时阳极反应式为 。
(1)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)= 2CO2(g)+4H2O(g) △H= _1275.6 kJ·mol-1
②2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) △H= _556.0 kJ·mol-1
③H2O(l) = H2O(g) △H="+" 44.0 kJ·mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式 。
(2)某同学利用甲醇燃料电池为电源,设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。则电源中a极为 极(填“正”或“负”),其电极反应式为 。装置上端A极电极材料是 (填化学式),B电极上的电极反应式为 。
(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:CO(g) +H2O(g) CO2(g) + H2(g),得到如下三组数据:
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/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 |
①该反应的正反应为 (填“吸”或“放”)热反应。
②实验1中,以v(H2)表示的平均反应速率为 。
③900℃时,按CO(g)、H2O(g)、CO2(g) 和H2(g)的物质的量分别是0.8mol、1.0mol、0.6 mol和0.8 mol分别加入该容器,则此时反应的v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”中之一)。
④实验3跟实验2相比,改变的条件可能是 。
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