题目内容

(本题16分)降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为研究的主要课题。
(1)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g)  ΔH =-1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g)  ΔH =-566.0 kJ/mol
③ H2O(g) = H2O(l)  ΔH =-44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:                     
(2)在容积为2L的密闭容器中,充入2mol CO2和6mol H2,在温度500℃时发生反应:
CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) △H<0。CH3OH的浓度随时间变化如图。回答有关问题:

①从反应开始到20分钟时,H2的平均反应速率v(H2)=_________________。
②从30分钟到35分钟达到新的平衡,改变的条件可能是             
A. 增大压强    B.加入催化剂   C.升高温度    D.增大反应物的浓度 
③列式计算该反应在35分钟达到新平衡时的平衡常数(保留2位小数)
④如果在30分钟时,再向容器中充入2mol CO2和6mol H2,保持温度不变,达到新平衡时,CH3OH的浓度____________1mol.L-1(填“>”、“<”或“=”)。
(3)一种原电池的工作原理为:2Na2S2 + NaBr3 Na2S4 + 3NaBr。用该电池为电源,以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解,使CO2在铜电极上可转化为甲烷。
①该电池负极的电极反应式为:                                              
②电解池中产生CH4一极的电极反应式为:                                     
(4)下图是NaOH吸收CO2后某种产物的水溶液在pH从0至14的范围内H2CO3、HCO3、CO32三种成分平衡时的组成分数。

下列叙述正确的是             
A.此图是1.0 mol·L-1碳酸钠溶液滴定1.0 mol·L-1 HCl溶液的滴定曲线
B.在pH分别为6.37及10.25时,溶液中c(H2CO3)=c(HCO3)=c(CO32)
C.人体血液的pH约为7.4,则CO2在血液中多以HCO3形式存在
D.若用CO2和NaOH反应制取NaHCO3,宜控制溶液的pH为7~9之间

31.答案(16分)
(1)CH3OH(l)+ O2(g) = CO(g) + 2H2O(l)   ΔH=﹣442.8 kJ∕mol  (2分)
(2)①0.15 mol/(L·min) (2分)
②D (2分) ③0.15 mol-2.L2(2分)  ④> (2分)
(3)①2S22- - 2e-=S42-  (2分)    ②CO2+8e+6H2O=CH4+8OH(2分)
(4)CD (2分)

解析试题分析: (1)根据已知方程式和盖斯定律可得,甲醇不完全燃烧的化学方程式=(①-②+4×③)/2,所以方程式为CH3OH(l)+ O2(g) = CO(g) + 2H2O(l)  ΔH=﹣442.8 kJ∕mol。
(2)①v(H2)=3 v(CH3OH)=0.075 mol/(L·min)
②从30分钟到35分钟的过程中,甲醇的浓度瞬间没有增大,而是逐渐增大,所以该时刻改变的条件不可能是增大压强;由于加催化剂不能改变甲醇的浓度,所一不可能是加入了催化剂;升高温度平衡左移,甲醇浓度减小,所以C错误;故只能是增大了反应物的浓度,使平衡逐渐右移,甲醇浓度逐渐增大,达到新的平衡,故选D。
③因为在35分钟时改变的条件是增大了反应物浓度,所以没有改变温度,所以达到新平衡时的平衡常数与原平衡常数相等,因此有: CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)
初始浓度(mol/L):          1         3              0         0
转化浓度(mol/L):          0.5       1.5            0.5       0.5
平衡浓度(mol/L):          0.5       1.5            0.5       0.5
所以平衡常数K=c(CH3OH) c(H2O)/ c(CO2) c3(H2)=" 0.5×" 0.5 / 0.5× 1.53 ≈0.15 mol-2.L2 .
④在30min再充入等量的反应物,相当于增大了压强,平衡要正向移动,所以达到新平衡后甲醇的浓度比原来平衡时甲醇浓度的2倍还大,因此CH3OH的浓度大于1mol.L-1
(3)①从所给的原电池反应式可以看出S的化合价升高,所以Na2S2 做氧化剂在负极失去电子被还原,所以反应式为2S22- - 2e-=S42-
②电解池中由CO2生成CH4,可以看出生成甲烷的电极是阴极,发生还原反应,由于是碱性环境,所以式子中少O的一端生成OH-,所以电极反应式为:CO2+8e+6H2O=CH4+8OH
(4)由图象可以看出,开始H2CO3浓度最大,CO32-浓度最小,图象为在碳酸中逐滴滴加氢氧化钠溶液的图象,故A错误; pH为6.37时,c(H2CO3)=c(HCO3-),pH=10.25时,c(HCO3-)=c(CO32-),但三者的浓度不相等,故B错误; pH为7.4时,HCO3-的最大,则当人体血液的pH约为7.4,则CO2在血液中多以HCO3-的形式存在,故C正确;溶液的pH为7~9之间时,溶液中的阴离子主要以HCO3-形式存在,所以溶液中的溶质主要为碳酸氢钠,故D正确;因此选CD。
考点:本题考查的是反应原理题。

练习册系列答案
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由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用,引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇, 一定条件下发生如下反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=                 ;已知:K(300℃)>K(350℃),则该反应是_______反应。(填“吸热”或“放热”)
(2)下列情况不能说明该反应一定达到平衡的是      
A混合气体的平均平均相对分子质量不变         B混合气体的压强不变
C单位时间内生成3mol H—H键,同时生成2 mol C=O键   
D.混合气体中 c (H2) : c (CH3OH) = 3:1
(3)为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示的平均反应速率v(H2)为           mol·L-1·min-1

(4)下列措施中能使(3)题中n(CH3OH)/n(CO2)增大的有           。(填字母)
A升高温度          B加入催化剂      C将H2O(g)从体系中分离           
D充入He(g),使体系总压强增大          E.再充入1molCO2和3molH2
(5)若在另一个密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,保持压强不变,并使初始体积与(3)题中容器体积相等,且在相同的温度下进行反应,达到平衡时该容器中的CO2的体积百分数 ________(3)题中的CO2的体积百分数。(填“>”或“<”或“=”)

煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为:C(s)+H2O(g)  CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1一定温度下,在一个容积可变的密闭容器中,发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是             (填字母,下同)
A.容器中的压强不变
B.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
C.v(CO)=v(H2O)
D.c(CO)=c(H2)
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:






/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
H2
CO
1
650
2
4
1.6
2.4
5
2
900
1
2
0.4
1.6
3
3
900
a
b
c
d
t
 
①该反应的逆反应为       (填“吸”或“放”)热反应。
②若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),且t<3 min,则a、b应满足的关系是                                       (用含a、b的数学式表示)。
(3)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g) +H2O(g),如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2, 下列措施中能使 c(CH3OH)增大的是                   

A.升高温度
B.充入N2(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离出来
D.再充入0.5 mol CO2和1.5 mol H2

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