题目内容
【题目】CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体,中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%.CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。
(1)研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH.己知部分反应的热化学方程式如下:
CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol-1
H2(g)+O2(g)= H2O(l)△H2= bkJmol-1
H2O(g)= H2O(l)△H3= ckJmol-1
则CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)△H = ______kJmol-1
(2)为研究CO2与CO之间的转化,让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g)△H,反应达平衡后,测得压强、温度对CO的体积分数(φ(CO)%)的影响如图1所示。
回答下列问题:
①压强p1、p2、p3的由大到小关系是______;Ka、Kb、Kc为a、b、c三点对应的平衡常数,则其大小关系是______。
②900℃、1.0MPa时,足量碳与amolCO2反应达平衡后,CO2的转化率为______(保留三位有效数字),该反应的平衡常数Kp=______(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(3)以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯,其原理如图3所示,电解所用电极材料均为惰性电极。阴极上的电极反应式为______;每生成3.36L(标准状况)乙烯,理论上需消耗铅蓄电池中______mol硫酸。
【答案】 P3>P2>P1
1.8
【解析】
(1).利用盖斯定律进行计算解答;
(2).①根据反应C(s)+CO2(g)2CO(g),是气体分子数增多的反应,随着反应进行,体系压强增大;化学平衡常数只随温度的改变而改变;
②900℃、1.0MPa时,图像中平衡时CO的体积分数为80%,计算CO2转化的量,转化率=,将各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算化学平衡常数;
(3)根据图知,右侧电极上OH-放电生成O2,则右侧电极为阳极,左侧电极为阴极,连接电解池阴极的电极为原电池负极、连接电解池阳极的电极为原电池正极;电解过程中阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,阳极附近有H+生成;阴极反应式为2CO2+12H++12e-═C2H4+4H2O,阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水;铅蓄电池反应式为Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O,串联电路中转移电子相等,据此计算消耗硫酸物质的量。
(1).已知①CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol-1
②H2(g)+O2(g)= H2O(l)△H2= bkJmol-1
③H2O(g)= H2O(l)△H3= ckJmol-1
根据盖斯定律知,②×3①③得:CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)△H= 3bac kJ/mol;
(2).①反应C(s)+CO2(g)2CO(g)是气体分子数增多的反应,随着反应进行,体系压强增大,减小压强有助于化学平衡正向移动,表明低压强对应着高的CO体积分数,则p1、p2、p3的大小关系是:p3>p2>p1;化学平衡常数只随温度的改变而改变,升高温度,正反应方向为吸热反应,正反应趋势增大,化学平衡常数增大,则a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是:Ka=Kb<Kc;
②900℃、1.0MPa时,设反应转化的CO2的物质的量为x,列“三段式”:
则平衡时n(CO)=2x,n(CO2)=ax,根据图像,平衡时CO的体积分数为80%,则×100%=80%,解得:x=
a,
则CO2的转化率为:×100%=66.7%,
Kp= =
;
(3)阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水,电极反应式为, 铅蓄电池反应式为:Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4↓+2H2O,串联电路中转移电子相等,生成1mol乙烯转移12mol电子,转移2mol电子消耗2mol硫酸,V乙烯=3.36L,n=
=
=0.15mol,生成0.15mol乙烯转移1.8mol电子,转移1.8mol电子消耗1.8mol硫酸;
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