题目内容
【题目】对甲烷和CO2的高效利用不仅能缓解大气变暖,而且对日益枯竭的石油资源也有一定的补充作用,甲烷临氧耦合CO2重整反应有:
反应(i):2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g) △H=-71.4kJmol-1
反应(ii):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+247.0 kJmol-1
(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式:_______________________________。
(2)在两个体积均为2L的恒容密闭容器中,起始时按表中相应的量加入物质,在相同温度下进行反应(ii):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) (不发生其它反应),CO2的平衡转化率如下表所示:
容器 | 起始物质的量(n) / mol | CO2的 平衡转化率 | |||
CH4 | CO2 | CO | H2 | ||
Ⅰ | 0.1 | 0.1 | 0 | 0 | 50% |
Ⅱ | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | / |
①下列能说明反应达到平衡状态是_________。
A.v正(CH4) =2v逆(CO)
B.容器内各物质的浓度满足c(CH4)·c(CO2)=c2(CO)·c2(H2)
C.容器内混合气体的总压强不再变化
D.容器内混合气体密度保持不变
②若容器Ⅰ内反应从开始到平衡所用的时间为t min,则t min内该反应的平均反应速率为:v(H2) = ________(用含t的表达式表示)。
③达到平衡时,容器Ⅰ、Ⅱ内CO的物质的量的关系满足:2n(CO)Ⅰ_______n(CO)Ⅱ(填“>”、“=”或“<”)
(3)将CH4(g)和O2(g)以物质的量比为4:3充入盛有催化剂的恒容密闭容器内,发生上述反应(i):2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g),相同时间段内测得CO的体积分数[ψ(CO)]与温度(T)的关系如图如示。
① T2℃时,CO体积分数最大的原因是_____________。
②若T2℃时,容器内起始压强为P0,平衡时CO的体积分数为20%,则反应的平衡常数KP =_______(用平衡分压强代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(4)2016年我国科研人员根据反应Na+CO2→ Na2CO3+C(未配平) 研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2,充电时“呼出”CO2。其放电时的工作原理如图所示,已知吸收的全部CO2中,有转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面,写出放电时正极的电极反应式:_________________。
【答案】CO(g)+O2(g) = CO2(g) △H=-282.7kJmol-1 C mol·L-1·min-1 > 低于T2℃时,反应未达平衡,相同时间内温度越高,反应速率越快,CO的体积分数就越高,高于T2℃时,反应达到平衡,因正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,故温度越高,CO的体积分数就越小 4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+C (3CO2+4e-=2CO32-+C)
【解析】
(1) 2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g) △H=-71.4kJmol-1 ①
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+247.0 kJmol-1 ②
将[①-2×②]/2得:CO(g)+O2(g) = CO2(g) △H=-282.7kJmol-1
答案为:CO(g)+O2(g) = CO2(g) △H=-282.7kJmol-1
(2) ① A.2v正(CH4) =v逆(CO),才是平衡状态,v正(CH4) =2v逆(CO),不是平衡状态;
B.利用三段式进行计算
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
起始量 0.1 0.1 0 0
变化量 0.05 0.05 0.1 0.1
平衡量 0.05 0.05 0.1 0.1
K==0.01,
通过计算可知,此反应的平衡常数为1/400,所以容器内各物质的浓度满足c(CH4)·c(CO2)=c2(CO)·c2(H2)不是平衡状态;
C.因为反应前后气体的分子数不等,所以当容器内混合气体的总压强不再变化时,反应达平衡状态;
D.因为容器的体积不变,气体的总质量不变,所以容器内混合气体密度始终保持不变,从而得出结论:密度不变不一定是平衡状态。
故答案为C。
② 由上面计算可知,达平衡状态时,c(H2)=0.1mol/2L=0.05mol/L
v(H2) = 答案为mol·L-1·min-1;
③ 达到平衡时,容器Ⅱ相当于容器Ⅰ缩小体积为原来的二分之一,此时平衡逆向移动,CO的物质的量减小,也就是说比原来的二倍要小,即2n(CO)Ⅰ>n(CO)Ⅱ。答案为 >;
(3) ①从图中可以看出,起初,随着温度的不断升高,CO体积分数不断增大,说明反应不断地向右进行;当温度到达T2℃时,再升高温度,CO体积分数不断减小,此时平衡逆向移动。也就是说,T2℃前,反应未达平衡,曲线上的每一点,都不是平衡点;T2℃后,反应达平衡,曲线上的每一点,都是该温度下的平衡点。由此也能得出,此反应为放热反应。
答案为:低于T2℃时,反应未达平衡,相同时间内温度越高,反应速率越快,CO的体积分数就越高,高于T2℃时,反应达到平衡,因正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,故温度越高,CO的体积分数就越小;
② 我们仍用三段式求解
2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g)
起始量 4 3 0 0
变化量 2x x 2x 4x
平衡量 4-2x 3-x 2x 4x
x=1
答案为;
(4) 依题意知,3CO2+4e- →2Na2CO3,依据电子守恒和质量守恒,产物中应有C、反应物中应含有Na+,从而得出放电时正极的电极反应式:4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+C,
答案为4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+C。
【题目】恒温下,物质的量之比为2∶1的SO2和O2的混合气体在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应为放热反应),n(SO2)随时间变化关系如下表:
时间/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
n(SO2)/mol | 0.20 | 0.16 | 0.13 | 0.11 | 0.08 | 0.08 |
下列说法正确的是( )
A. 当容器中气体的密度不变时,该反应达到平衡状态
B. 该反应进行到第3分钟时,逆反应速率小于正反应速率
C. 从反应开始到达到平衡,用SO3表示的平均反应速率为0.01 mol/(L·min)
D. 容器内达到平衡状态时的压强与起始时的压强之比为5∶4
【题目】某校化学兴趣小组的同学用滴定法对一含有少量Na2SO4的NaOH样品中NaOH的含量进行测定。回答下列问题:
(1)用分析天平准确称取该样品5.0 g,全部溶于水配制成1 000.0 mL的溶液。用____(填仪器名称)量取20.00 mL放在锥形瓶中,滴加几滴酚酞,待测。该中和滴定中滴定终点的现象是___。
(2)用0.10 mol·L-1稀盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,实验数据如下表所示:
实验编号 | 待测NaOH溶液的体积/mL | 稀盐酸的体积/mL |
1 | 20.00 | 24.01 |
2 | 20.00 | 23.99 |
3 | 20.00 | 22.10 |
计算样品中NaOH的质量分数为______。
(3)若滴定前,滴定管尖端有气泡,滴定终了气泡消失,将使所测结果____ (填“偏高”、“偏低”或“不变”,下同);若滴定过程中不慎将锥形瓶中溶液洒出,会使所测结果_____;若读酸式滴定管读数时,滴定前仰视读数,滴定后正确读数,则所测结果____。