题目内容

Ⅰ:工业上用CO2和H2在一定条件发生如下反应合成甲醇并放出大量的热:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1   回答下列问题。
(1)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   ΔH2
则反应2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH=           (用含ΔH1、ΔH2表示)
(2)若反应温度升高,CO2的转化率       (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)写出在酸性环境中,甲醇燃料电池中的正极反应方程式                             
Ⅱ:生产甲醇的原料H2可用如下方法制得:CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g),一定温度下,将2 mol CH4和4 mol H2O通入容积为10L的密闭反应室中,反应中CO的物质的量浓度的变化情况如图所示,请回答下列问题:

(4)反应进行到4分钟到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡,平均反应速率v(H2)为               ;并求此反应在此温度下的平衡常数(在答题卡对应的方框内写出计算过程)。
(5)在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后,若在第8分钟时达到新的平衡(此时CO的浓度约为0.25 mol·L—1 ),请在图中画出第5分钟后H2浓度的变化曲线。

19(除指定外,其余每空2分,共15分)
Ⅰ(1) 3ΔH2-2ΔH1      (2)减小  (3)O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
Ⅱ(4)0.075 mol·L-1·min-1
(此空4分) CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)
起始(mol·L-1)  0.2      0.4
变化(mol·L-1)  0.1      0.1         0.1      0.3
平衡(mol·L-1)  0.1      0.3         0.1      0.3

 

 
(5)

(3分,起点标对得1分,拐点、平台标对得1分、走势对得1分。5分钟时不画垂直连接线不扣分)

解析试题分析:(1)根据已知的两个方程式和所求方程式可知,所求方程式可由3×②-2×①所得,所以ΔH=3ΔH2-2ΔH1
(2)因为反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是一个放热反应,所以根据平衡移动原理,温度升高,平衡左移,所以CO2 的转化率减小。
(3)电池的总反应方程式已经给出,根据总反应式2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g),O2 做氧化剂化合价降低,所以正极发生的是3个O2 得12个e-。由于是酸性介质,所以不能有OH- 参与反应,所以参与的是H+ ,同时生成水,所以反应式为3O2 + 12e- + 12H+ = 6H2O,化简后为O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O。
(4)图像中的纵坐标是CO的浓度,所以要求氢气的平均反应速率需要根据方程式进行变形,所以v(H2)=" 3v(CO)=3ΔC/Δt=0.3" mol·L-1/4 min ="0.075" mol·L-1·min-1 。
平衡常数的计算过程为:
CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)
起始(mol·L-1)  0.2      0.4
变化(mol·L-1)  0.1      0.1         0.1      0.3
平衡(mol·L-1)  0.1      0.3         0.1      0.3

(5)体积缩小一半后,压强增大且各组分的浓度瞬间增大1倍,所以图像的起点由0.1 mol·L—1瞬间增大到0.2 mol·L—1;又压强增大平衡往系数减小的一边移动,所以CO的浓度增大到约为0.25 mol·L—1 为终点。
考点:主要考查考生化学平衡中的计算、平衡移动原理、还要求化学方程式中的焓变的计算以及燃料电池电极反应式的书写。

练习册系列答案
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(15分)能源的开发、利用与人类社会的可持续发展息息相关,怎样充分利用好能源是摆在人类面前的重大课题。
I.已知:Fe2O3(s)+3C(石墨) =2Fe(s)+3CO(g) △H=akJ·mol-1
CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=bkJ·mol-1
C(石墨)+O2(g)=CO2(g) △H=ckJ·mol-1
则反应:4Fe(s)+3O2(g)= 2Fe2O3(s)的焓变△H=       kJ·mol-1
Ⅱ.(1)依据原电池的构成原理,下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是     (填序号)。
A.C(s)+CO2(g)=2CO(g)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
C.2H2O(l)= 2H2(g)+O2(g)
D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
若以KOH溶液为电解质溶液,依据所选反应可以设计成一个原电池,请写出该原电池的电极反应。
负极:                                                
正极:                                                
(2)二氧化氯(ClO2)是一种高效安全的自来水消毒剂。ClO2是一种黄绿色气体,易溶于水。实验室以NH4Cl、盐酸、NaClO2为原料制备ClO2流程如下:

已知:电解过程中发生的反应为:
NH4Cl+2HClNCl3+3H2↑;假设NCl3中氮元素为+3价。
①写出电解时阴极的电极反应式                                            
②在阳极上放电的物质(或离子)是           
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是         (填序号)
A.生石灰       B.碱石灰       C.浓H2SO4       D.水
④在生产过程中,每生成1mol ClO2,需消耗       mol NCl3

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.
I. 已知:2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g),ΔH=-566 kJ·mol-1
2Fe(s)+ O2(g)=Fe2O3(s),ΔH=-825.5 kJ·mol-1
反应:Fe2O3(s)+ 3CO(g) 2Fe(s)+ 3CO2(g),ΔH=______ kJ·mol-1.
Ⅱ. 反应Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g)在1000℃的平衡常数等于4.在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反应经过l0min后达到平衡.
(1)CO的平衡转化率=____________.
(2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是________.
a.提高反应温度
b.增大反应体系的压强
c.选取合适的催化剂
d.及时吸收或移出部分CO2
e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触
Ⅲ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇:
CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g).请根据图示回答下列问题:

(1)从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=________.
(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:

容器
反应物投入的量
反应物的
转化率
CH3OH的浓度
能量变化
(Q1、Q2、Q3均大于0)

1mol CO和2mol H2
α1
c1
放出Q1kJ热量

1mol CH3OH
α2
c2
吸收Q2kJ热量

2mol CO和4mol H2
α3
c3
放出Q3kJ热量
 
则下列关系正确的是________.
A.c1=c2
B.2Q1=Q3
C.2a1=a3
D.a1 +a2 =1
E.该反应若生成1mol CH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量
(3)若在一体积可变的密闭容器中充入l molCO、2molH2和1molCH3OH,达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍,则该反应向________(填“正”、“逆”)反应方向移动.
(4)甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式______________________.

实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识,解决下列问题:
⑴已知某反应的平衡表达式为:
它所对应的化学反应方程式为:
⑵利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);ΔH=-90.8kJ·mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-23.5kJ·mol
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g);ΔH=-41.3kJ·mol
总反应:3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=__________
(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:

温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
 
该反应的正反应方向是反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:。
(4)从氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等。
对反应:N2O4(g)2NO2(g)△H>0,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是。

A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
E.A、C两点的化学平衡常数:A>C
(5)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ·mol-1。现在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下。下列说法正确的是

Ⅰ.将由Na、Ba2、Cu2、SO42、Cl组合形成的三种强电解质溶液,分别装入下图装置中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解,电极均为石墨电极。
接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如右上图(忽略因气体溶解带来的影响)。据此回答下列问题:

(1)在甲中烧杯中滴加酚酞,   极(填a或b)附近溶液会变红。
(2)写出乙烧杯中发生反应的化学方程式           
(3)电极f上发生的电极反应式为           
(4)若经过一段时间后,测得乙烧杯中c电极质量增加了8g,要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态,应进行的操作是           
Ⅱ.工业上利用BaSO4制备BaCl2的工艺流程如下:

某活动小组的同学在实验室以重晶石(主要成分BaSO4)为原料,对上述工艺流程进行模拟实验。
(1)上述过程中,气体用过量NaOH溶液吸收得到Na2S。Na2S水溶液显碱性的原因是     。(用离子方程式表示)
(2)已知有关反应的热化学方程式如下:
BaSO4(s) +4C(s)4CO(g)+BaS(s) △H1 = +571.2kJ/mol      ①
C(s) +CO2(g)2CO(g)  △H2 = +172.5kJ/mol               ②
则反应BaSO4(s) +2C(s)2CO2(g) + BaS(s) △H3 =     
(3)在高温焙烧重晶石过程中必须加入过量的炭,同时还要通入空气,其目的是     

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