题目内容
氢气是一种清洁、高效的新型能源。
I.用甲烷制取氢气的反应分为两步,其能量变化如下图所示:
(1)甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是 。
II.在容积为1L的密闭容器内,加入0.1molCO和0.1molH2O,在催化剂存在的条件下高温加热使其反应。测得CO2的浓度随时间变化的图像如图:
(2)在该温度下,从反应开始至达到平衡时,CO的平均反应速率为 ;
(3)该温度下,此反应的化学平衡常数为(可以用分数表示) ;
(4)下列改变中,能使平衡向正反应方向移动的是 。
A.升高温度 | B.增大压强 |
C.增大H2O(g)的浓度 | D.减少CO2(g)的浓度 |
(每空2分,共10分)
(1)CH4(g) + 2H2O(g) = 4H2(g) + CO2(g) ΔH=—136.5 kJ/mol
(2)0.003 mol·L-1·min-1 (3) (4)CD
(5)正方向,Q=,所以该反应向正反应方向进行
解析试题分析:(1)根据图像可知,甲烷和水蒸气的总能量高于氢气和CO2的总能量,所以根据盖斯定律可知,该反应的反应热是ΔH=-103.3 kJ/mol-33.2 kJ/mol=—136.5 kJ/mol,则甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是CH4(g) + 2H2O(g) = 4H2(g) + CO2(g) ΔH=—136.5 kJ/mol。
(2)根据图像可知,反应进行到10min时得到平衡状态,平衡时生成CO2的浓度是0.03mol/L,则消耗CO的浓度是0.03mol/L,所以CO的反应速率是0.03mol/L÷10s=0.003 mol·L-1·min-1。
(3)平衡时CO和水蒸气的浓度均是0.1mol/L-0.03mol/L=0.07mol/L。而生成物CO2和氢气的浓度均是0.03mol/L,所以该温度下反应的平衡常数K==。
(4)A、正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,A不正确;B、反应前后体积不变,增大氧气平衡不移动,B不正确;C、增大水蒸气的浓度,平衡向正反应方向移动,C正确;D、减小CO2的浓度,平衡向正反应方向移动,D正确;答案选CD。
(5)若起始时c(CO)=1mol·L-1 , c(H2O)=2 mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.4 mol·L-1,这说明消耗CO和水蒸气的浓度均是0.4mol/L,所以平衡时CO和H 水蒸气的浓度分别是0.6mol/L和1.6mol/L,则Q=,所以该反应向正反应方向进行。
考点:考查反应热、反应速率、平衡常数的计算、外界条件对平衡状态的影响以及平衡常数的应用
(15分)火力发电厂释放出大量氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g) + 4NO2(g) =4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H1=-574 kJ·mol-1
CH4(g) + 4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H2=-1160 kJ·mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(2)脱碳。将CO2转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H3
①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答:0~10 min内,氢气的平均反应速率为 mol/(L·min);第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡 (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3 0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)脱硫。利用Na2SO3溶液可脱除烟气中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得。NaOH溶液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32-)︰n(HSO3﹣)变化关系如下表:
n(SO32﹣)︰n(HSO3﹣) | 91︰9 | 1︰1 | 9︰91 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
② 当溶液呈中性时,离子浓度关系正确的是(选填字母): 。
a.c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)
b.c(Na+) > c(HSO3-) > c(SO32-) > c(H+) = c(OH-)
c.c(Na+) + c(H+) = c(SO32-) + c(HSO3-) + c(OH-)
(14分)从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应:。
(1)为了加快正反应速率,可以采取的措施有________(填序号,下同)。
A.使用催化剂 | B.提高氧气的浓度 |
C.提高反应的温度 | D.降低反应的温度 |
(3)从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。已知:化学键的键能:
化学键 | H—H | O=O | H—O |
键能 | 436 | 496 | 463 |
(4)已知1克氢气完全燃烧生成液态水放出QKJ的热量,则氢气燃烧生成液态水的热化学反应方程式为
(5)氢氧燃料电池的总反应方程式为。其中,氢气在________(填“正”或“负”)极发生________反应(填“氧化”或“还原”)。电路中每转移0.2mol电子,标准状况下消耗H2的体积是________L。