题目内容
化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。
I.氢氧燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图实验(图中所用电极均为惰性电极):
(1)对于氢氧燃料电池中,下列表达不正确的是________
A.a电极是负极,OH-移向正极 |
B.b电极的电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH- |
C.电池总反应式为:2H2+O22H2O |
D.电解质溶液的pH保持不变 |
(2)上图装置中盛有100mL、0.1mol·L—1AgNO3溶液,当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL(标准状况下)时,则此时上图装置中溶液的pH=________(溶液体积变化忽略不计)
II.氢气是合成氨的重要原料。工业上合成氨的反应是:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.20 kJ·mol-1。
(1)下列事实中,不能说明上述可逆反应已达到平衡的是________
①单位时间内生成2n mol NH3的同时生成3n mol H2
②单位时间内生成n mol N—H的同时生成n mol N≡N
③用N2、H2、NH3的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1︰3︰2
④N2、H2、NH3的体积分数不再改变
⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变
⑥混合气体的总物质的量不再改变
(2)已知合成氨反应在某温度下2L的密闭容器中进行,测得如下数据:
时间(h) 物质的量(mol) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
N2 | 1.50 | n1 | 1.20 | n3 | 1.00 |
H2 | 4.50 | 4.20 | 3.60 | n4 | 3.00 |
NH3 | 0 | 0.20 | n2 | 1.00 | 1.00 |
根据表中数据计算:
反应进行到2小时时放出的热量为________
0~1小时内N2的平均反应速率________mol·L-1·h-1;
③此条件下该反应的化学平衡常数K=________(保留两位小数)
④反应达到平衡后,若往平衡体系中再加入N2、H2和NH3各1.00mol,化学平衡将向________ 方向移动(填“正反应”或“逆反应”、“不移动”)。
I.(1)ACD (3分) (2) 1(2分)
II.(1) ②、③ (2分)
(2)27.66KJ (2分) 0.0500 (2分) 0.15 (3分) 正向(2分)
解析试题分析:I.中左边是燃料电池,右边是电解池,电解硝酸银溶液。(1)A、a电极是负极,OH-移向负极,错误;B、正确;C、反应条件不是燃烧,错误;D、反应生成水,使KOH浓度降低,pH减小,错误;E、正确;
(2)电子转移为0.112÷22.4×2=0.01mol,阳极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,
n(H+)=n(OH-)=n(e-)=0.01mol,c(H+)=0.001mol/L,pH=3;
II.(1)根据变量不变达平衡判断,反应速率判据两个方向,速率比为化学计量数比,①正确②③错误,
其它均为变量,正确;(2)3、4小时时氨气浓度不变,反应达到平衡,根据第4小时计算k值,为0.15;再根据浓度熵与k关系判断平衡移动方向。
考点:考查化学平衡及移动有关问题。
某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案:
实验编号 | H2C2O4溶液 | 酸性KMnO4溶液 | 温度 | ||
浓度(mol·L-1) | 体积(mL) | 浓度(mol·L-1) | 体积 (mL) | ||
① | 0.10 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 25 |
② | 0.20 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 25 |
③ | 0.20 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 50 |
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4转化为MnSO4,每消耗1molH2C2O4转移_______mol电子。为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥______。
(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号,下同),可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是________。
(3)实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s,忽略混合前后溶液体积的微小变化,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=________mol·L-1·min-1。
(4)已知实验③中c(MnO4-)~反应时间t的变化曲线如下图。若保持其他条件不变,请在图中画出实验②中c(MnO4-)~t的变化曲线示意图。
(7分)合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成二甲醚等清洁燃料.从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有:
①CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H1=+206.1kJ/mol
②CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H2=+247.3kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3
请回答下列问题:
(1)在一恒容密闭容器中进行反应①,测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示.反应进行的前5min内,(H2)= ;10min时,改变的外界条件可能是 .
(2)如图2所示,在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,使甲、乙两容器初始容积相等.在相同温度下发生反应②,并维持反应过程中温度不变.已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图象如图3所示,请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图象
(3)反应③中△H3= .800℃时,反应③的化学平衡常数K=1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表:
CO | H2O | CO2 | H2 |
0.5mol | 8.5mol | 2.0mol | 2.0mol |
此时反应③中正、逆反应速率的关系式是 (填代号).
a.v(正)>v(逆) b.v(正)<v(逆)
c.v(正)=v(逆) d.无法判断.
甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示:
化学反应 | 平衡常数 | 温度℃ | |
500 | 800 | ||
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) | K1 | 2.5 | 0.15 |
②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g) | K2 | 1.0 | 2.50 |
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g) | K3 | | |
(1)反应②是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)某温度下反应①中H2的平衡转化率(a)与体系总压强(P)的关系,如图所示。则平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A) K(B)(填“>”、“<”或“=”)。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)在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②,已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示,若在t0时刻分别改变一个条件,曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时,改变的条件是 。
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时,改变的条件是 。
(4)甲醇燃料电池有着广泛的用途,同时Al-AgO电池是应用广泛的鱼 雷电池,其原理如图所示。该电池的负极反应式是
(5)一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。通常状况下,将a mol/L的醋酸与b mol/LBa(OH)2溶液等体积混合,反应平衡时,2c(Ba2+)= c(CH3COO-),用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为 。
在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g),在一定温度进行如下反应应:
A(g)B(g)+C(g) △H ="+85.1" kJ· mol-1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 | 25 | 30 |
总压强p/100kPa | 4.91 | 5.58 | 6.32 | 7.31 | 8.54 | 9.50 | 9.52 | 9.53 | 9.53 |
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为 。
(2)由总压强P和起始压强P0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为 。
平衡时A的转化率为 ,列式并计算反应的平衡常数K 。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),
n总= mol,n(A)= mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算a=
反应时间t/h | 0 | 4 | 8 | 16 |
c(A)/(mol·L-1) | 0.10 | a | 0.026 | 0.0065 |
煤的液化是把固体煤炭通过化学加工过程,使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术,其中合成CH3OH是最重要的研究方向之一。在2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在其他条件不变的情况下,探究温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T2>T1均大于300℃)。
①通过分析上图,可以得出对反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的说法正确的是(填
序号) 。
A.该反应为放热反应 |
B.T1时的反应速率大于T2时的反应速率 |
C.该反应在T1时的平衡常数比T2时的大 |
D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大 |
a.体系压强保持不变 b.v(H2)=3v(CO2)
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:3 d.每消耗1 mol CO2的同时生成3molH2
e.密闭容器中混合气体的密度不变 f.密闭容器中CH3OH的体积分数不变
③在T1温度时,将2molCO2和6molH2充入该密闭容器中,充分反应达平衡时,若CO2的转化率为60%,则容器内的压强与起始压强之比为 ,该反应的平衡常数为 。
某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气(标况),实验记录如下(累计值):
时间(min) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
氢气体积(mL) | 50 | 120 | 232 | 290 | 310 |
(1)哪一时间段(指0~1、1~2、2~3、3~4、4~5 min)反应速率最大 min,原因是 ;
(2)哪一段时段的反应速率最小 min,原因是 ;
(3)如果反应太激烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液:A.蒸馏水;BNa2SO4溶液;C.NaNO3溶液;D.CuSO4溶液;E.Na2CO3溶液,你认为可行的
是 (填写字母代号)。