题目内容
下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
Ⅰ.已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:K=
,写出它所对应反应的化学方程式:
。
Ⅱ.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用。工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0～10.0 MPa,温度230～280 ℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
ΔH1="-90.7" kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH2="-23.5" kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH3="-41.2" kJ·mol-1
(1)写出催化反应室中三个反应的总反应的热化学方程式: 。
(2)在某温度下,2 L密闭容器中发生反应①,起始时CO、H2的物质的量分别为2 mol和6 mol,3 min后达到平衡,测得CO的转化率为60%,则3 min内CO的平均反应速率为 。若同样条件下起始时CO物质的量为4 mol,达到平衡后CH3OH为2.4 mol,则起始时H2为 mol。
(3)下列有关反应③的说法正确的是 。
A.在体积可变的密闭容器中,在反应③达到平衡后,若加压,则平衡不移动、混合气体平均相对分子质量不变、混合气体密度不变
B.若830 ℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K＞1.0
C.某温度下,若向已达平衡的反应③中加入等物质的量的CO和H2O(g),则平衡右移、平衡常数变大
(4)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列实验,每次实验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,实验结果如图,
则CO转化率随温度变化的规律是 。
其原因是 。
Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
Ⅱ.(1)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)
ΔH="-246.1" kJ·mol-1
(2)0.2 mol·L-1·min-1 8.4 (3)B
(4)温度低于240 ℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240 ℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小
在相等的时间里,在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小
解析
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CH3OH(g) +H2O(g) △H =－49.0 kJ·mol－1 
CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示，请回答下列问题：
“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为化学家研究的主要课题。
（1）将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L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：
| 实验组 | 温度℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需 时间/min | ||
| CO | H2O | H2 | CO | |||
| 1 | 650 | 4 | 2 | 1．6 | 2．4 | 6 |
| 2 | 900 | 2 | 1 | 0．4 | 1．6 | 3 |
| 3 | 900 | a | b | c | d | t |
①实验2条件下平衡常数K= 。
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值_______(填具体值或取值范围)。
③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol，则此时V正 V逆（填“<” ，“>” ，“=”）。
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝－1275.6 kJ／mol
②2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ／mol
③H2O(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：____________
（3）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC2O4）溶液显酸性。常温下，向10 mL 0.01 mol·L-1 H2C2O4溶液中滴加10mL 0.01mol·L-1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系 ；
（4）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L ，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为 _______________mol/L。
（5）以二甲醚（CH3OCH3）、空气、H2SO4为原料，铂为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池的原理相似。请写出该电池负极上的电极反应式： 。
CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为：
①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，
②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，
③C(s)＋O2(g)=CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1。
(1)在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量________(填“＞”“＜”或“＝”)890.3 kJ。
(2)甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4＋CO2=2CO＋2H2，1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，则：
①下图能表示该反应过程中能量变化的是________(填字母)。
②若将物质的量均为1 mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图所示，则CH4的转化率为________。
(3)C(s)与H2(g)不反应，所以C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出，C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反应热ΔH＝________。
(4)目前对于上述三种物质的研究是燃料研究的重点，下列关于上述三种物质的研究方向中可行的是________(填字母)。
| A．寻找优质催化剂，使CO2与H2O反应生成CH4与O2，并放出热量 |
| B．寻找优质催化剂，在常温常压下使CO2分解生成碳与O2 |
| C．寻找优质催化剂，利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气(CO、H2) |
| D．将固态碳合成为C60，以C60作为燃料 |
(1)已知：H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
H2(g)=H2(l) ΔH＝－0.92 kJ·mol－1
O2(g)=O2(l) ΔH＝－6.84 kJ·mol－1
H2O(l)=H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1
请写出液氢和液氧反应生成气态水的热化学方程式：__________________________
电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池，其负极的电极反应式为____________________________________。
(2)如图表示373 K时，反应A(g)
2B(g)在前110 s内的反应进程。
①此反应的平衡常数表达式K＝________。
②373 K时反应进行到70 s时，改变的条件可能是________，反应进行到90 s时，改变的条件可能是________。
| A．加入催化剂 | B．扩大容器体积 | C．升高温度 | D．增大A的浓度 |
利用太阳能分解水生成的氢气，在催化剂作用下氢气与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－285.8 kJ·mol－1、－283.0 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10 mol水消耗的能量是 kJ。
（2）液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水的热化学方程式为 。
（3） 在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，反应式：CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)：
①可逆反应的平衡常数表达式K＝
②下列说法正确的是
| A．温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇 的平均速率为v(CH3OH)＝  mol·L－1·min－1 |
| B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 |
| C．该反应为放热反应 |
D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时 增大 |
（4） 在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，总反应式为
2CH3OH + 3O2＝2CO2＋4H2O，则正极的反应式为 ；
负极的反应式为 。[来