题目内容
【题目】CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。
(一)CO2的化学捕获:
(1)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13,CO2主要转化为___(写含碳粒子符号)。(室温下,H2CO3的Ka1=4.3×10﹣7;Ka2=5.6×10﹣11)
(2)固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO/H2,既可实现CO2的减排又可高效制备合成气(CO/H2),其工作原理如图。写出电极A发生的电极反应式___。
(二)CO2的综合利用
(1)CO2与CH4经催化重整制得合成气:
反应Ⅰ.CH4(g)H+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H1
已知氢气、一氧化碳和甲烷的标准燃烧热(25℃)如表所示
物质 | H2(g) | CO(g) | CH4(g) |
标准燃烧热△H/kJmol﹣1 | ﹣285.8 | ﹣283.0 | ﹣890.3 |
则反应I的△H=___kJmol﹣1。
(2)用CO2催化加氢制取二甲醚的反应为:反应Ⅱ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g),在10L恒容密闭容器中,均充入2mol CO2和6moH2,分别以铱(Ir)和铈(Ce)作催化剂,反应进行相同的时间后测得的CO2的转化率α(CO2)随反应温度的变化情况如图1。
①根据图1,下列说法不正确的是___。
A.反应Ⅱ的△H<0,△S<0
B.用Ir和Ce作催化剂时,反应Ⅱ的活化能更低的是Ce
C.状态d时,v(正)<v(逆)
D.从状态b到d,α(CO2)先增大后减小,减小的原因可能是温度升高平衡逆向移动
②状态e(900K)时,α(CO2)=50%,则此时的平衡常数K=___。
③若H2和CO2的物质的量之比为n:1,900K时相应平衡体系中二甲醚的物质的量分数为x,请在图2中绘制x随n变化的示意图。_______
【答案】CO32﹣ CO2+2e﹣═CO+O2﹣、H2O+2e﹣=H2+O2﹣ +247.3 BC 或23.15
【解析】
(一)(1)K2==5×10﹣11,当溶液的pH=13,c(H+)=10-13,有
=
=500,即c(CO32﹣)>>c(HCO3﹣);
(2)电解池中,根据O2-移动方向可知:A电极为阴极,该电极上发生还原反应,CO2、H2O分别在A极得到电子发生还原反应生成CO、H2,同时生成O2-;
(二)(1)写出H2、CO、CH4燃烧热的热化学方程式:①H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H=﹣285.8kJmol﹣1、②CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H=﹣283.0kJmol﹣1、③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=﹣890.3kJmol﹣1,再利用盖斯定律求出CH4(g)H+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的△H1;
(2)①A.反应2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)正向是体积减小的反应,△S<0;由图1可知,状态d是用Ce作催化剂的平衡状态,随着温度的升高,反应物CO2的转化率降低,说明反应正向放热;
B.催化剂能降低反应物的活化能,加快反应速率,使可逆反应快速达到平衡,用Ce作催化剂时,CO2的转化率小、且比用Ir作催化剂后达到平衡,即反应速率小;
C.状态d是使用两种催化剂时一定温度下,某一时刻的平衡状态,反应速率不变;
D.状态b到d是用Ir作催化剂的平衡体系,平衡状态d相对开始平衡(750℃左右)时,α(CO2)减小主要由温度影响,可能平衡逆向移动;
②α(CO2)=50%,则c(CO2)的变化量为0.2mol·L-1×50%=0.1mol·L-1,利用三段式列式,求出平衡量,再求出平衡常数k;
③H2和CO2的物质的量之比为n:1,随着H2的增加,即H2和CO2的物质的量之比增大,平衡体系中CO2的转化率增大,二甲醚的物质的量分数x也增大,当n:1=6:2=3:1时,x值最大;当n:1>3:1时,x值逐渐减小;当n=3时,x=1/12。
(一)(1)K2==5×10﹣11,当溶液的pH=13,c(H+)=10﹣13,有
=
=500,即c(CO32﹣)>>c(HCO3﹣),所以该溶液中含碳粒子以阴离子CO32﹣为主;
(2)根据电解池中O2﹣移动方向推断:A电极为阴极,该电极上发生还原反应,CO2、H2O分别在A极得到电子发生还原反应生成CO、H2,同时生成O2,所以CO2在A极反应式为:CO2+2e﹣═CO+O2﹣,H2O在A电极反应式为:H2O+2e﹣=H2+O2﹣;
(二)(1)H2、CO、CH4燃烧热的热化学方程式分别为:①H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H=﹣285.8kJmol﹣1、②CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H=﹣283.0kJmol﹣1、③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=﹣890.3kJmol﹣1,再利用盖斯定律、依据总反应有:③﹣2×②﹣2×①,△H1=﹣890.3kJmol﹣1﹣(﹣283.0kJmol﹣1)﹣2×(﹣285.8kJmol﹣1)=+247.3kJmol﹣1;
(2)①A.反应2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)正向是体积减小的反应,△S<0;由图1可知,随着温度的升高,反应物CO2的转化率降低,说明平衡逆向移动,逆反应吸热,则反应正向放热,故A正确;
B.催化剂能降低反应物的活化能,使可逆反应快速达到平衡,用Ce作催化剂时,CO2的转化率小、且比用Ir作催化剂后达到平衡,说明用Ir作催化剂时反应物的活化能高、反应速率小,故B错误;
C.状态d是800℃时某一时刻的平衡状态,反应速率不变,v(正)=v(逆),故C错误;
D.用Ir作催化剂的平衡体系,不平衡状态b到d平衡状态,α(CO2)先增大后减小,状态d相对开始平衡(750℃左右)时,α(CO2)减小的主要是温度升高,可能平衡逆向移动,故D正确;
故选:BC;
②α(CO2)=50%,则c(CO2)的变化量为0.2mol/L×50%=0.1mol/L,三段式列式为:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
初始浓度:0.2 0.6 0 0
变化浓度:0.1 0.3 0.05 0.15
平衡浓度:0.1 0.3 0.05 0.15
K==
=
≈23.15;
③H2和CO2的物质的量之比为n:1,随着H2的增加,即H2和CO2的物质的量之比增大,平衡体系中CO2的转化率增大,二甲醚的物质的量分数x也增大,当n:1=6:2=3:1时,x值最大;当n:1>3:1时,x值逐渐减小;当n=3时,x=;故答案为:
。
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
【题目】下列实验现象与实验操作不相匹配的是
实验操作 | 实验现象 | |
A | 向盛有高锰酸钾酸性溶液的试管中通入足量的乙烯后静置 | 溶液的紫色逐渐褪去,静置后溶液分层 |
B | 将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶 | 集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生 |
C | 向盛有饱和硫代硫酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸 | 有刺激性气味气体产生,溶液变浑浊 |
D | 向盛有FeCl3溶液的试管中加过量铁粉,充分振荡后加1滴KSCN溶液 | 黄色逐渐消失,加KSCN后溶液颜色不变 |
A. AB. BC. CD. D
【题目】某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知,Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下:
物质 | Al | Al2O3 | Fe | Fe2O3 |
熔点/℃ | 660 | 2054 | 1535 | 1462 |
沸点/℃ | 2467 | 2980 | 2750 | -- |
I.该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是:该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。请你设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是_______,反应的离子方程式为____________________________。
Ⅱ. 实验研究发现,硝酸发生氧化还原反应时,硝酸的浓度越稀,对应还原产物中氮元素的化合价越低。某同学取一定量上述的熔融物与一定量很稀的硝酸充分反应,反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液中,逐滴加入4mol·L-1的氢氧化钠溶液,所加氢氧化钠溶液的体积(mL)与产生的沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。试回答下列问题:
(1)图中OC段没有沉淀生成,此阶段发生反应的离子为:___________________。
(2)在DE段,沉淀的物质的量没有变化,则此阶段发生反应的离子方为_________。
(3)当c=13mL时,原溶液中Fe3+与Al3+的物质的量之比为________________________。