题目内容
【题目】燃煤能排放大量的CO、CO2、SO2,PM2.5(可入肺颗粒物)。污染跟冬季燃煤密切相关,SO2. CO、CO2也是对环境影响较大的气体,对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径。
(1)工业上可用CO2和H2反应合成甲醇。已知25°C、101 kPa下:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O (g) △H1=—242kJ/mol
CH3OH+3/2O2(g) =CO2(g)+2H2O △H2=—676kJ/mol
写出CO2与H2反应生成CH3OH(g)与H2O (g)的热化学方程式_________________。
(2)工业上还可以通过下列反应制备甲醇:CO (g) +2H2 (g)CH3OH (g)。在一容积可变的密闭容器中充入l0molCO和20molH2,CO的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示。
①下列说法不能判断该反应达到化学平衡状态的是____(填字母)。
a. H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
b.H2的体积分数不再改变
c.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
d.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小PA____PB(填“>”“<”或“=’’)。
③若达到化学平衡状态A时,容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 mol CO和20molH2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=________L。
(3)SO2在一定条件下可与氧气构成原电池。下图是利用该电池在铁表面镀铜的装置示意图:
① 该电池的负极反应:___________________;
②当甲中消耗2.24LO2(标准状况)时,乙中a极增重____g。
【答案】 CO2(g)+3H2(g) =CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ/mol ac < 4 SO2-2e-+2H2O=4H++SO42- 12.8
【解析】(1)①H2(g)+1/2O2(g)=H2O (g) △H1=—242kJ/mol ,②CH3OH+3/2O2(g) =CO2(g)+2H2O △H2=—676kJ/mol,将方程式3①-②得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=3×(-242kJ/mol)-(-676kJ/mol)=-50kJ/mol;CO2与H2反应生成CH3OH(g)与H2O (g)的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50kJ/mol
(2)①a. H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍,说明正逆反应速率相等,但方向相同,则不能说明达到化学平衡状态,a选;
b.H2的体积分数不再改变,说明H2 的浓度不再改变,说明达到化学平衡状态,b不选;
c.体系中H2的转化率和CO的转化率相等,不能说明达到化学平衡状态,c选;
d.由于该反应是个反应前后气体体积不等的反应,如果反应未达到平衡,则气体的物质的量就会发生改变,混合气体的平均相对分子质量也就会随着改变。若容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变,则气体的物质的量不变。故反应达到平衡状态。d不选。所以选ac。
②T1时,由A到B,CO的平衡转化率增大,平衡正向移动,向体积减小的方向移动,故A、B两点压强大小PA<PB。
③若密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH2,当达到平衡状态A 时,CO的转化率为0.5,此时各物质的物质的量为CO为5mol;H2为10mol; CH3OH为5mol。n(气体)=20mol,容器的体积为20 L。如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H2,在达到平衡状态B时CO的转化率为0.8,则此时各物质的物质的量为CO为2mol,H2为4mol, CH3OH为8mol。n(气体)=14mol。由于A、B是在相同温度下程度的。所以化学平衡常数不变设第二次达到平衡时容器的体积为V。则,解得v=4(L)
(3)①甲池为原电池,是燃料电池,SO2作为负极材料,失去电子,电极反应式为:SO2-2e-+2H2O=4H++SO42- ,正极为O2,燃料电池中正极反应为O2+2H++4e-=2H2O,②乙池是电解池,a极接燃料电池的负极,故a极为电解池阴极,Cu2+放电,电极反应式:Cu2+ +2 e- = Cu,根据O2+2H++4e-=2H2O,Cu2+ +2 e- = Cu,可得O2-4e--2Cu,得甲中消耗2.24LO2(标准状况),即0.1mol时,转移电子数为4mol,乙中a极析出Cu为增重12.8g。
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