题目内容
【题目】(1)随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍关注, 目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
平衡时H2的转化率为 ___________ 。
反应进行到3 min时,同种物质的v正 与v逆的关系: v正 v逆(填>,=,<)
③ 上述反应平衡常数的表达式为 ,经计算该温度下此反应平衡常数的数值为 。
(2)如图装置,A、B中电极为多孔的惰性电极;C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹;电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中,切断K1,闭合K2、K3,通直流电,一段时间后试管中产生气体,如图所示,据此分析:
B试管中的气体是_____(填名称或分子式);a为电源________(正或负)极。
写出电解时A极的电极反应式: __________________。
③若电解一段时间,A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3,闭合K1。电流表的指针偏转,则此时B极电极反应式为_________________。
(3)甲烷燃料电池可以提升能量利用率.如图所示是利用甲烷燃料电池电解50ml2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图:
请回答:
甲烷燃料电池的负极反应式是: .
当A中消耗0.05mol氧气时,B中 极(填“a”或“b”)增重 g.
【答案】(1)①75%②>;③K=[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c(CO2)×c3(H2)];16/3 ;(2)①氢气或H2 ,负;②4OH--4e = 2H2O+O2↑(或2H2O-4e =4H+ +O2↑);③ H2-2e-+ 2 OH-=2H2O ;(3)①CH4﹣8e﹣+10OH﹣=CO32﹣+7H2O;②b,6.4。
【解析】
试题分析:(1)达到平衡时,消耗c(H2)=3×0.75mol·L-1=2.25mol·L-1,则氢气的转化率为2.25/3×100%=75%;②3min没有达到平衡,反应向正反应方向进行,即v正>v逆;③根据化学平衡常数的定义,K=[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c(CO2)×c3(H2)];达到平衡时,c(H2O) = c(CH3OH) = 0.75 mol·L-1,c(H2) = (3/1-2.25) mol·L-1 = 0.75 mol·L-1,c(CO2) = 0.25 mol·L-1,代入表达式,K = 16/3;
(2)电解KOH溶液实际上电解H2O,2H2O2H2↑+O2↑,B中气体体积大于A,因此试管B中气体为H2,试管B中电极接a,产生氢气的电极为阴极,即a为负极,b为正极;②试管A中气体为氧气,其电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+;③切断K2、K3,闭合K1,构成氢氧燃料电池,氢气一极为负极,氧气一极为正极,即A为负极,电极反应式为:H2+2OH--2e-=2H2O;(3)①甲烷燃料电池,通甲烷的一极为负极,因此电极反应式为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;②a接电源的正极,a作阳极,其电极反应式:2Cl--2e-=Cl2↑,b接电源的负极,b作阴极,其电极反应式:Cu2++2e-=Cu,因此B中b极质量增重,O2+2H2O+4e-=4OH-,通过电子守恒,O2~4e- ~2Cu,m(Cu)=0.05×2×64g=6.4g。
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)