题目内容

2013年以来,全国很多地区都曾陷入严重的雾霾和污染天气中,冬季取暖排放的CO2、汽车尾气等都是形成雾霾的因素。
(1)已知:① N2(g) + O2(g)=2NO(g)  △H=+179.5 kJ/mol
②2NO(g) + O2(g)=2NO2(g)    △H=-112.3 kJ/mol 
③2NO(g) +2CO(g)=N2(g) +2CO2(g)    △H=-759.8 kJ/mol
下图是在101kPa,298K条件下1mol NO2和1mol CO反应生成1mol CO2和1mol NO过程中能量变化的示意图。则a=       

(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
H2­­­O(g)+CO(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
 
CO
 
H2
 
1
 
650
 
2
 
4
 
2.4
 
1.6
 
5
 
2
 
900
 
1
 
2
 
1.6
 
0.4
 
3
 
3
 
900
 
a
 
b
 
c
 
d
 
t
 
 
①实验组1中以v(CO2)表示的反应速率为          ,此温度下的平衡常数为         ,温度升高时平衡常数会         (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②650℃时,若在此容器中开始充入2mol H2­­­O(g)、 1mol CO、 1 mol CO­2和 x molH2,若要使反应在开始时正向进行,则x应满足的条件是          
③若a=2,b=1,则达平衡时实验组2中H2­­­O(g)和实验组3中CO的转化率的关系为α2 (H2O)   α3 (CO)(填“<”、“>”或“=”)。

(14分)(1)368(3分)(2)①0.16mol/(L·min) (2分)  8/3或2.67 (2分)减少 (2分) ②0≤x<16/3 (3分)   ③ =(2分)

解析试题分析:(1)抑制① N2(g) + O2(g)=2NO(g)  △H=+179.5 kJ/mol、②2NO(g) + O2(g)=2NO2(g)    △H=-112.3 kJ/mol、③2NO(g) +2CO(g)=N2(g) +2CO2(g)    △H=-759.8 kJ/mol,则根据盖斯定律可知(①-②+③)÷2即得到反应NO2(g)+CO(g)=NO(g) +CO2(g)    △H=-234kJ/mol。则根据图像可知134kJ/mol-a kJ/mol=-234kJ/mol,解得a=368。
(2)①根据表中数据可知平衡时生成氢气的物质的量是1.6mol,则根据方程式可知消耗CO2的物质的量是1.6mol,其浓度是0.8mol/L,则CO2表示的反应速率为0.8mol/L÷5min=0.16mol/(L·min)。
②      H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
初始浓度   1mol/L   2mol/L         0          0
转化浓度  0.8mol/L   0.8mol/l     0.8mol/l  0.8mol/l
平衡浓度 0.2mol/L  1.2mol/L     0.8mol/l  0.8mol/l
所以平衡常数K==2.67
根据表中1、2数据可知,实验1中CO的转化率为×100%=40%,实验2中CO的转化率为×100%=20%,则实验1的转化率大于实验2,则说明温度升高平衡向逆反应方向移动,因此平衡常数减小;
②若要使反应在开始时正向进行,则<2.67,解得x<16/3,因此x的取值范围是0≤x<16/3。
②实验2条件下平衡常数,需要列式计算平衡浓度
H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
初始浓度   0.5mol/L   1mol/L         0          0
转化浓度  0.2mol/L   0.2mol/l     0.2mol/l  0.2mol/l
平衡浓度 0.3mol/L  0.8mol/L     0.2mol/l  0.2mol/l
则K==0.17
若a=2,b=1,则
H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
初始浓度   1         0.5             0          0
转化浓度  x        x             x       x
平衡浓度 1-x     0.5-x           x       x
=0.17
解得x=0.2
所以在这两种情况下实验组2中H2­­­O(g)和实验组3中CO的转化率均是×100%=40%。
考点:考查反应热、反应速率、平衡常数的有关计算与应用以及外界条件对平衡状态的影响

练习册系列答案
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(14分)2013年12月2日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空,进一步向广寒宫探索。“长征三号甲”是三级液体助推火箭,一、二级为常规燃料,常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。
Ⅰ.常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。
已知:①N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)  △H = -543kJ·mol-1
H2(g)+  F2(g)  =  HF(g)     △H = -269kJ·mol-1
③H2(g)+  O2(g)  =  H2O(g)     △H = -242kJ·mol-1
请写出肼和氟气反应的热化学方程式:_____________________________。
Ⅱ.氧化剂二氧化氮可由NO和 O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应:
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)  ΔH 的体系中,n(NO)随时间的变化如表:

时间(s)
0
1
2
3
4
5
n(NO)(mol)
0.200
0.100
0.080
0.050
0.050
0.050
n(O2)(mol)
0.100
0.050
0.040
0.025
0.025
0.025
(1)已知:K800℃>K1000℃,则该反应的ΔH ______0(填“大于”或“小于”),用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率为__________。
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________
A.容器内颜色保持不变                  B. 2v(NO)=v(O2)
C.容器内压强保持不变                  D.容器内密度保持不变
(3)为使该反应的速率增大,提高NO的转化率,且平衡向正反应方向移动应采取的措施有          
(4)在上述条件下,计算通入2 mol NO和1 mol O2的平衡常数K=______________
(5)在上述条件下,若开始通入的是0.2 mol NO2气体,达到化学平衡时,则NO2的转化率为       

(14分)(Ⅰ)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合来制备甲醇。
已知某些化学键的键能数据如下表:

化学键
C—C
C—H
H—H
C—O
C≡O
H—O
键能/kJ·mol-1
348
413
436
358
1072
463
请回答下列问题:
(1)已知CO中的C与O之间为叁键连接,则工业制备甲醇的热化学方程式为     
                                
(2)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在容积固定为2L的密闭容器内充入1 molCO和 2 molH2,加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在250°C开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:
反应时间/min
0
5
10
15
20
25
压强/MPa
12.6
10.8
9.5
8.7
8.4
8.4
则从反应开始到20min时,以CO表示的平均反应速率=      ,该温度下平衡常数K=     ,若升高温度则K值      (填“增大”、“减小”或“不变”);
(3)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是       
A.2 v (H2)=" v" (CH3OH)      
B.容器内气体的平均摩尔质量保持不变
C.容器中气体的压强保持不变    
D.单位时间内生成 n molCO 的同时生成 2n molH2
(Ⅱ)回答下列问题:
(1)体积均为100mL pH=2的CH3COOH与一元酸HX,加水稀释过程中pH与溶液体积的关系如图所示,
则Ka(HX) ______ Ka(CH3COOH)(填>、<或=)

(2)25℃时,CH3COOH与CH3COONa的混合溶液,若测得pH=6,则溶液中C(CH3COO?)-c(Na+)=_________mol·L-1(填精确值)。

利用太阳能分解水产生H2,在催化剂作用下H2与CO2反应合成CH3OH,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1、CH3OH(l)+ 3/2O2(g)= CO2 (g)+ 2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·mol-1、CO(g) +1/2O2(g)= CO2 (g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
请回答下列问题:
⑴用太阳能分解18g水,需要消耗的能量为          kJ。
⑵ 液态CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学方程式为             
⑶CO2合成燃料CH3OH是碳减排的新方向。在容积为2 L的密闭容器中,充2 mol CO2和6 mol H2,由CO2和H2合成甲醇,反应式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300 ℃):

①下列说法正确的是           
A.温度为T2时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为:  v(CH3OH)=nB/tmol·(L·min)-1
B.T2>T1,T2平衡时,甲醇产量变少,所以该反应为放热反应
C.该反应在T2时的平衡常数比T1时的平衡常数大
D.处于A点的反应体系从T1变到T2,平衡逆向移动
②能判断该反应已达化学反应限度标志的是        (填字母。
A.H2的百分含量保持不变
B.容器中CO2 浓度与H2浓度之比为1: 3
C.容器中混合气体的密度保持不变
D.CO2消耗速率与CH3OH生成速率相等
⑷科学家致力于CO2的“组合转化”技术研究,如将CO2和H2以体积比1∶4比例混合通入反应器,适当条件下,反应可获得一种能源。完成以下化学方程式,就能知道该种能源。
CO2+4H22H2O +         
⑸ 在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,总反应式为:2CH3OH + 3O2=2CO2+4H2O,则正极的反应式为             ;负极的反应式为            

化学反应原理对于工业生产和科研有重要意义
I、下列三个化学反应的平衡常数(K1、K2、K3)与温度的关系分别如下表所示:

化学反应
平衡常数
温度
973 K
1173 K
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)
K1
1.47
2.15
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)
K2
2.38
1.67
③CO(g) +H2O(g)CO2(g) +H2(g)
K3


 
请回答:
(1)反应①是       (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=__________(用K1、K2表示)。
(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡向逆反应方向移动,可采取的措施有 _____(填写字母序号)。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO的浓度
(4)若反应③的逆反应速率与时间的关系如图所示:

①可见反应在t1、t3、t7时都达到了平衡,而t2、t8时都改变了一种条件,试判断改变的是什么条件:t2时__________________; t8时__________________。
②若t4时降压, t6时增大反应物的浓度,请在图中画出t4~t6时逆反应速率与时间的关系线。
II、(5)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2.某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料.已知该装置的阳极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,则阴极反应为                        
(6)某空间站能量转化系统的局部如图所示,其中的燃料电池采用KOH溶液作电解液。

如果某段时间内,氢氧储罐中共收集到33.6L气体(已折算成标准状况),则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为            mol。

捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:
反应Ⅰ:2NH3 (l)+ H2O (l)+ CO2 (g)(NH4)2CO3 (aq)           △H1
反应Ⅱ:NH3 (l)+ H2O (l)+ CO2 (g)NH4HCO3 (aq)             △H2
反应Ⅲ:(NH4)2CO3 (aq) + H2O (l)+ CO2 (g)2NH4HCO3 (aq)    △H3
请回答下列问题:
(1)△H1与△H2、△H3之间的关系是:△H3=                  
(2)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2气体效率的影响,在温度为T1、T2、T3、T4、T5的条件下,将等体积等浓度的(NH4)2CO3溶液分别置于等体积的密闭容器中,并充入等量的CO2气体,经过相同时间测得容器中CO2气体的浓度,得趋势图(下图1)。则:
①△H3______0  (填“>”、“=”或“<”)。
②温度高于T3,不利于CO2的捕获,原因是                                      
③反应Ⅲ在温度为K1时,溶液pH随时间变化的趋势曲线如下图2所示。当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到K2,并维持该温度。请在该图中画出t1时刻后溶液的pH变化趋势曲线。

pH

 


(3)利用反应Ⅲ捕获CO2,在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下,提高CO2吸收量的措施有(写出1个)                           
(4)下列物质中也可能作为CO2捕获剂的是        
A.NH4Cl       B.Na2CO3       C.HOCH2CH2OH      D.HOCH2CH2NH2

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