题目内容

CO2的固定和利用在降低温室气体排放中具有重要作用，从CO2加氢合成甲醇不仅可以有效缓解减排压力，还是其综合利用的一条新途径。CO2和H2在催化剂作用下能发生反应CO2＋3H2CH3OH＋H2O，测得甲醇的理论产率与反应温度、压强的关系如图所示。请回答下列问题：

（1）提高甲醇产率的措施是                                                      。
（2）分析图中数据可知，在220 ℃、5MPa时，CO2的转化率为                ，再将温度降低至
140℃，压强减小至2MPa，化学反应速率将                （填“增大、减小 或 不变“ 下同），CO2的转化率将                                。
（3）200℃时，将0.100molCO2和0.275molH2充入1L密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。若CO2的转化率为25%，则此温度下该反应的平衡常数K＝                。(要求写出算式和计算结果)
（4）已知已知：CO的燃烧热△H＝－283.0KJ/mol、2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)  △H＝－483.6KJ/mol、
CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.1KJ/mol，写出CO2与H2合成甲醇的热化学方程式       。
（1）降温、加压（2分） （2）25%（2分）  减小（2分）  增大（2分）
（3）＝＝1.04 （3分）
（4）CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ?H＝-48.9 kJ/mol（3分）

试题分析：（1）根据图像可知，随着温度的升高，甲醇的产率降低，这说明正方应是放热反应。再温度相同时，增大压强，甲醇的产率增大，所以提高甲醇产率的措施是降温、加压。
（2）分析图中数据可知，在220 ℃、5MPa时，甲醇的产率是25%。根据碳原子守恒，1molCO2生成1mol甲醇，因此甲醇的产率就是CO2的转化率，所以CO2的转化率为25%。降温并同时降低压强，反应速率减小。由于正方应是放热的体积减小的可逆反应，因此降温和降低压强平衡均向正反应方向移动，所以CO2的转化率增大。
（3）           CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)
起始浓度（mol/L）0.100   0.275       0         0
转化浓度（mol/L）0.0250  0.0750     0.0250     0.0250
平衡浓度（mol/L）0.0750  0.200      0.0250     0.0250
所以该温度下反应的平衡常数K＝＝＝1.04
（4）CO的燃烧热△H＝－283.0KJ/mol，则有热化学方程式①2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H＝－566.0KJ/mol。又因为反应②2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)  △H＝－483.6KJ/mol、③CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) △H＝－90.1KJ/mol，所以根据盖斯定律可知，(③×2－①＋②)÷2，及得到反应CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)，所以该反应的反应热?H＝（－90.1KJ/mol×2＋566.0KJ/mol－483.6KJ/mol）÷2＝-48.9 kJ/mol。
练习册系列答案
相关题目
过度排放CO2会造成“温室效应”，为了减少煤燃烧对环境造成的污染，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。煤综合利用的一种途径如图所示。

（1）已知①C(s) ＋ H2O(g) = CO(g)＋H2(g)      ΔH1＝＋131.3 kJ·mol－1
②C(s) ＋ 2H2O(g) = CO2(g) ＋ 2H2(g) ΔH2＝＋90 kJ·mol－1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是   ________________________，
（2）用下图原电池装置可以完成过程⑤的转化，该装置b电极的电极反应式是_______________________。

（3）在压强为0.1 MPa条件下，容积为V L的密闭容器中a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示，则：

①p1________p2(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②在其他条件不变的情况下，向容器中再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的平衡转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③在p1下，100 ℃时，CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)反应的平衡常数为________(用含a、V的代数式表示)。
（4）如图表示CO2与H2反应生成CH3OH和H2O的过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：

关于该反应的下列说法中，正确的是________(填编号)。
A．ΔH＞0，ΔS＞0              B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0              D．ΔH＜0，ΔS＞0
（5）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1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化的曲线如图所示：

①从反应开始到平衡，CO2的平均反应速率v(CO2)＝________。
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是________(填编号)。
A．升高温度             B．将CH3OH(g)及时液化移出
C．选择高效催化剂       D．再充入1 mol CO2和3 mol H2
已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量，②1 mol I2蒸气中化学键断裂时需要吸收151 kJ的能量，③由H原子和I原子形成1 mol HI气态分子时释放299 kJ的能量。下列热化学方程式正确的是
A．2HI(g) =H2(g)＋I2(g)?H＝+11 kJ／mol
B．H2(g)＋I2(g) =2HI(g)?H＝－22 kJ／mol
C．H2(g)＋I2(g) =2HI(g)?H＝+288 kJ／mol
D．H2(g)＋ I2(g) =2HI(g)?H＝－144 kJ／mol
Ⅰ．恒温，容积为1  L恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图1所示(已知：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)    ΔH＝－196.6  kJ·mol－1)，请回答下列问题：

(1)写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：______________________。
(2)ΔH2＝__________kJ·mol－1。
Ⅱ.工业上常利用醋酸和乙醇合成有机溶剂乙酸乙酯：
CH3COOH(l)＋C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)    ΔH＝－8.62  kJ·mol－1
已知CH3COOH、C2H5OH和CH3COOC2H5的沸点依次为118 ℃、78 ℃和77 ℃。在其他条件相同时，某研究小组进行了多次实验，实验结果如图所示。

(1)该研究小组的实验目的是___________________________________。
(2)60 ℃下反应40  min与70 ℃下反应20  min相比，前者的平均反应速率________后者(填“小于”、“等于”或“大于”)。
(3)如图所示，反应时间为40  min、温度超过80 ℃时，乙酸乙酯产率下降的原因可能是_________________________________(写出两条)。
Ⅲ.煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。
已知：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
 
试回答下列问题：
(1)在800 ℃发生上述反应，以表中的物质的量投入恒容反应器，其中向正反应方向移动的有________(选填“A、B、C、D、E”)。
 
n(CO)
n(H2O)
n(H2)
n(CO2)
A
1
5
2
3
B
2
2
1
1
C
3
3
0
0
D
0.5
2
1
1
E
3
1
2
1
(2)已知在一定温度下，C(s)＋CO2(g) 2CO(g)平衡常数为K；
①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)       平衡常数为K1；
②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) 平衡常数为K2；
则K、K1、K2之间的关系是______________________________________。
水是生命之源，也是化学反应中的主角。请回答下列问题:
Ⅰ、氢气燃烧生成液态水热化学方程式是2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)  ΔH=－572kJ/mol。
(1)生成物能量总和(填“大于”、“小于”或“等于”)反应物能量总和。
(2)若2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气，则放出的热量  572 kJ(填“＞”、“＜”或“＝”)。
(3)氢气热值为        。
Ⅱ、氢气和氧气反应生成水，将化学能转化为电能，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成。

(1)a电极反应式是                            
(2)b电极反应式是                           
Ⅲ、如图表示一个电解池。X、Y都是惰性电极，电解液a是饱和食盐水，同时在两边各滴入几滴酚酞试液。

(1）X极上的电极反应式为                        ，
在X极附近观察到的现象是                        。
(2)Y极上的电极反应式为                       ，
检验该电极反应产物的方法是                      。
依据叙述，写出下列反应的热化学方程式。
（1）用NA表示阿伏加德罗常数，在C2H2(气态)完全燃烧生成CO2和液态水的反应中，每有4NA个电子转移时，放出450 kJ的热量。其热化学方程式为______________________。
（2）已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、395 kJ、940 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为____________________________。
（3）钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，已知由金红石（TiO2）制取单质Ti，涉及的步骤为：
已知：①C(s)+O2(g) CO2(g);  ΔH=－395.5 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g) 2CO2(g);  ΔH=－560 kJ·mol-1
③TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=―80kJ/mol        
则TiO2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为                              。
为实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项课题是如何将CO2转化为可利用资源。
（1）25℃，1.01×105Pa时，16g液态甲醇（CH3OH）完全燃烧，当恢复到原状态时，放出热量363.3kJ，该反应的热化学方程式为                                 。              
（2）目前，工业上常用CO2来生产燃料甲醇。现进行如下实验：在体积为l L的密闭恒容容器中，充入l mol CO2和3mol H2，一定条件下发生反应：
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ/mol。
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①该反应的平衡常数表达式K＝         ；
②从反应开始到平衡时，CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)＝              （注明单位）；H2的转化率＝            ；
③下列说法中，能说明上述反应达到平衡状态的是    
A．每消耗1mol CO2的同时生成1mol CH3OH          
B．CO2、H2、CH3OH和H2O的物质的量的比为1∶3∶1∶1
C．容器中气体的压强不再改变
D．容器中气体的密度不再改变  
④下列措施中，能使上述平衡状态向正反应方向移动的是     
A．升高温度                    B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．使用高效催化剂              D．恒温恒容再充入1 molCO2和3 mol H2
煤的气化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径之一。
(1)在250C 101kPa时，H2与O2化合生成1mol H2O(g)放出241.8kJ的热量，其热化学方程式为
___________
又知: ①C(s)＋O2(g)═CO2(g) △H＝－393.5kJ/mol
②CO(g)＋O2(g)═CO2(g) △H＝－283.0kJ/mol
焦炭与水蒸气反应是将固体煤变为气体燃料的方法，C(s)＋H2O(g)═CO(g)＋H2(g) △H=____kJ/mol
(2) CO可以与H2O(g)进一步发生反应: CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H＜0在恒容密闭容器中，起始时n(H2O)=0.20mol，n(CO)＝0.10 mol,在8000C时达到平衡状态，K＝1.0，则平衡时，容器中CO的转化率是_____________(计算结果保留一位小数)。
(3) 工业上从煤气化后的混合物中分离出H2，进行氨的合成，已知反应反应N2(g)＋3H2(g2NH3(g)（△H＜0）在等容条件下进行，改变其他反应条件，在I、II、III阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示：

①N2的平均反应速率v1(N2)、vII(N2)、vIII(N2)从大到小排列次序为________；
②由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向 是________，采取的措施是________。
③比较第II阶段反应温度(T2)和第III阶段反应速度（T3)的高低：T2________T3填“〉、=、<”判断的理由是________________。
合成氨工业对国防具有重要意义，如制硝酸、合成纤维以及染料等
（1）已知某些化学键的键能数据如下表：
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能kJ·mol－1
946
436
390
 
合成氨的热化学反应方程式为                                      。
（2）常温下，向饱和NaCl与饱和氨水的混合溶液中通入过量CO2，有NaHCO3固体析出，该反应的化学方程式为                 ；所得溶液中离子的电荷守恒式是                     ；若向饱和NaCl与饱和CO2的混合溶液中通入氨气，则没有NaHCO3固体析出，原因是          。
（3）氨氮废水(含NH3、NaOH和Na2SO4)超标排放会造成水体富营养化。右图通过直接电化学氧化法有效除去某工厂氨气。其中阴离子的流动方向为          （填“向a极”或“向b极”），电解过程中，b极区的pH         （填“增大”或“减小”或“不变”），阳极反应方程式为                    。

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