题目内容
【题目】氮氧化物(NOx)、CO2和SO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行化学方法处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)已知氢气与甲醇的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、726.5 kJ·mol-1,则CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为___________________________________
(2)已知在一定温度下将6molCO2和8mol H2充入容器为2L的密闭容器中发生如下反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-49.0 kJ·mol-1,则
①该反应自发进行的条件是 _______________(填“低温”“高温”或“任意温度”)
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是 _____________(填字母)
a.混合气体的平均相对分子质量保持不变 b.CO2和H2的物质的量之比保持不变
c.CO2和H2的转化率相等 d.3v正(H2)=v逆(CH3OH)
e.1mol CO2生成的同时有3mol H—H键断裂
③H2的物质的量随时间变化曲线如图实线所示,仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量随时间变化曲线如图虚线所示。与实线相比,虚线改变的条件可能是__________________
(3)如图是某甲醇燃料电池工作的示意图。质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1L 2mol·L-1H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应式为 _____________________,当电池中有1mol e-发生转移时左右两侧溶液的质量之差为____g(假设反应物耗尽,忽略气体的溶解)。
【答案】CO2(g) +3H2(g) =CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ·mol-1 低温 abe 加压(或增大CO2浓度) CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 12
【解析】
(1)根据热化学方程式和盖斯定律计算所得热化学方程式;
(2)①自发进行的判断依据是△H-T△S<0,结合反应的特征分析判断所需要的条件;
②根据判断平衡状态的依据进行分析;
③虚线在原虚线的基础上氢气的物质的量减小,平衡正向移动,增大压强(或增大CO2浓度),平衡能够正向移动;
(3)根据原电池的原理,负极发生氧化反应、正极发生还原反应进行分析。
(1)已知氢气与甲醇的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1,则①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1;②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.5kJmol-1;由盖斯定律可知用①×3-②得CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l),该反应的反应热△H=-285.8kJmol-1×3-(-726.5kJmol-1)=-130.9kJmol-1,
故答案为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ·mol-1。
(2)①已知CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),该反应的△S<0,反应焓变△H<0,低温下满足因此△H-T△S<0,因此该反应自发进行的条件是低温,故答案为:低温。
②a.该反应属于气体的物质的量发生变化的反应,混合气体的平均相对分子质量保持不变,说明各组分的浓度保持不变,能判断该反应达到化学平衡状态,故a正确;
b.CO2和H2的物质的量之比保持不变,表明二者的浓度不变,能判断该反应达到化学平衡状态,故b正确;
c.二者的转化率相等,与是否达到平衡状态无关,故c错误;
d.3v正(H2)=v逆(CH3OH),表示正逆反应速率不相等,不能判断该反应达到化学平衡状态,故d正确;
e.1molCO2生成的同时有3molH-H键断裂,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故e正确。
故答案为:abe。
③仅改变某一实验条件再进行两次实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示,虚线在原虚线的基础上氢气的物质的量减小,平衡正向移动,增大压强(或增大CO2浓度),平衡能够正向移动,故虚线所对应的实验条件改变是增大压强(或增大CO2浓度),故答案为:增大压强(或增大CO2浓度)。
(3)从示意图中可以看出电极a原料是CH3OH和水,反应后产物为CO2和H+,CH3OH中碳元素化合价为-2,CO2中碳元素化合价为+4,说明a电极上CH3OH失去电子,电极a是负极,则电极b是正极,b电极原料是O2和H+,反应后的产物为H2O,氧元素化合价由0→-2,发生还原反应,因为电解质溶液是稀H2SO4,可以写出电池总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,再写出较为简单的正极反应式:3O2+12e-+12H+=6H2O,用总反应式减去正极反应式即可得到负极反应式为:CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+;当转移1mol电子时,左侧质量减轻1/6×12g=2g,还要有1molH+通过质子交换膜进入右侧,质量减少1g,正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O,右侧质量增加32g×1/4=8g,加上转移过来的1gH+,因此左右两侧溶液的质量之差为8g+1g+2g+1g=12g,
故答案为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+,12。

【题目】下列实验操作对应的现象不符合事实的是
A.少量二氧化硫通入氯化钡溶液中,产生白色沉淀亚硫酸钡 | B.在新制Cu(OH)2悬浊液中加入少量的葡萄糖,加热,产生砖红色沉淀 | C.将少量钠投入到无水乙醇中,钠表面有气泡产生 | D.在盛水的烧杯中加入氯化钠固体,小灯泡会逐渐亮起来 |
A. AB. BC. C...D. D
【题目】在一体积2L的密闭容器中加入反应物N2、H2,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。反应过程中的部分数据如下表所示,下列说法正确的是
物质的量/ mol 时间/min | n(N2) | n(H2) | n(NH3) |
0 | 1.0 | 1.2 | 0 |
2 | 0.9 | ||
4 | 0.75 | ||
6 | 0.3 |
A. 0~2 min内,NH3的反应速率为0.1 mol·Lˉ1·minˉ1
B. 2 min时, H2的物质的量0.3 mol
C. 4 min时,反应已达到平衡状态,此时正、逆反应的速率都为0
D. 4~6 min内,容器内气体分子的总物质的量不变