题目内容
研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。
已知:Fe2O3(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H 1 =" +489.0" kJ·mol-1
C(石墨) +CO2(g) = 2CO(g) △H 2 =" +172.5" kJ·mol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为 。
(2)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式
CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②取一定体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比为1∶3),加入恒容密闭容器中,发生上述反应。反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图A所示,则该反应的ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。
③在两种不同条件下发生反应,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图B所示,曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ KⅡ(填“>” 或“<”)。
(3)以CO2为原料还可以合成多种物质。①工业上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应方程式为 。当氨碳比=3,达平衡时CO2的转化率为60%,则NH3的平衡转化率为 。
②用硫酸溶液作电解质进行电解,CO2在电极上可转化为甲烷,该电极反应的方程式为 。
(1)Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol-1(3分)(方程式、状态正确给1分,△H符号、数据、单位正确给2分)
(2)① (2分) ②<(2分) ③>(2分)
(3)①2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O(2分)(配平错扣1分)
40%或0.4(2分)
②CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O(3分)(配平错扣2分)
解析试题分析:(1)根据已知方程式和盖斯定律,所求方程式可由①-②×3得,△H = △H 1-3△H 2 =" +489.0" kJ·mol-1-3×172.5 kJ·mol-1 =—28.5 kJ·mol-1 ,所以CO还原氧化铁的热化学方程式为:Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol-1 。
(2)①根据给出的热化学方程式可得出该反应的平衡常数表达式为:K= ,
②图A中生成物甲醇的体积分数随着温度升高呈现出先增大后减小的变化,可以分析为达到最高点之前反应并未达到平衡,随温度升高反应速率加快,甲醇含量不断增大;当达到一定值时,反应达到平衡,此时再升高温度平衡发生移动,甲醇含量下降可以看出平衡逆向移动,所以该反应正反应为放热反应,ΔH<0。
③图B中不同条件下反应达到平衡时得到的甲醇的物质的量I>Ⅱ,所以I条件下的反应进行程度更大,所以KⅠ>KⅡ 。
(3)①工业用CO2和NH3在一定条件下合成尿素,该反应方程式可以由C:N比进行配平,所以方程式为: 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O;根据方程式中的系数可知,反应的n(NH3)=2n(CO2),而总的n(NH3)=3n(CO2),所以假设的CO2有1mol,则有n(NH3)=3n(CO2)=3mol,反应的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨气的平衡转化率为40%。
②在酸性电介质中发生电解反应,考虑氢离子参加反应,CO2在电极上得电子被还原为甲烷,有水生成,所以电极反应式为:CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O。
考点:本题考查的是化学反应原理的知识,主要涉及热化学方程式的书写、盖斯定律的应用、平衡常数的表达、焓变的大小判断、平衡图像的理解等知识。
汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。
(1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2和N2。
①CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1<0
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2<0
③CH4(g) +2NO2(g)N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) △H3= 。(用△H1和△H2表示)
(2)在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应③,在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率见下表:
投料比[n(NO2) / n(CH4)] | 400 K | 500 K | 600 K |
1 | 60% | 43% | 28% |
2 | 45% | 33% | 20% |
①写出该反应平衡常数的表达式K= 。
②若温度不变,提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比,则K将 。(填“增大”、“减小”或“不变”。)
③400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数 。
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1
图1 图2
①NiO电极上NO发生的电极反应式: 。
②收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO)︰V(NO2)=
(4)在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下,同时分别发生②③两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图象如图2所示:
①从图中可以得出的结论是
结论一:相同温度下NO转化效率比NO2的低
结论二:在250℃-450℃时,NOx转化率随温度升高而增大,450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小
结论二的原因是
②在上述NO2和CH4反应中,提高NO2转化率的措施有_________。(填编号)
A.改用高效催化剂 B.降低温度 C.分离出H2O(g) D.增大压强
E.增加原催化剂的表面积 F.减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]
对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义。
(1)N2、O2和H2相互之间可以发生化合反应,已知反应的热化学方程式如下:
N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+180.5kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H =-483.6 kJ·mol-1;
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) H =-92.4 kJ·mol-1。
则氨的催化氧化反应的热化学方程式为 。
(2)汽车尾气净化的一个反应原理为:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H<0。
一定温度下,将2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示。
①NO的平衡转化率为 ,0~20min平均反应速率v(NO)为 。25min时,若保持反应温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8 mol,则化学平衡将 移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
②若只改变某一反应条件X,反应由原平衡I达到新平衡II,变量Y的变化趋势如下图所示。下列说法正确的是 (填字母代号)。
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a.放电过程中,电解质溶液的pH保持不变
b.溶液中的NH4Cl浓度增大,但Cl-离子浓度不变
c.每转移6.021023个电子,则有标准状况下11.2L电极反应物被氧化
d.为保持放电效果,电池使用一段时间需更换电解质溶液
碳和碳的化合物广泛的存在于我们的生活中。
(1)根据下列反应的能量变化示意图,2C(s) +O2(g) =2CO(g) △H= 。
(2)在体积为2L的密闭容器中,充人1 mol CO2和3mol H,一定条件下发生反应: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<O测得CO2(g)和CH3OH(g)的物质的量随时间变化的曲线如图所示:
①从反应开始到平衡,H2O的平均反应速率v(H2O)= 。
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l mol CO2和4 mol H2
(3)CO2溶于水生成碳酸。已知下列数据:
弱电解质 | H2CO3 | NH3.H2O |
电离平衡常数( 25℃) | Ka1 = 4.30 × 10一7 Ka2= 5.61× 10一11 | Kb = 1.77× 10一5 |
现有常温下1 mol·L-1的( NH4)2CO3溶液,已知:水解的平衡常数Kh=Kw/Kb,
第一步水解的平衡常数Kh=Kw/Ka2。
①判断该溶液呈 (填“酸”、“中”、 “碱”)性,写出该溶液中发生第一步水解的离子方程式 。
②下列粒子之间的关系式,其中正确的是 。
A.
B.
C.
D.
(4)据报道,科学家在实验室已研制出在燃料电池的反应容器中,利用特殊电极材料以CO和O2为原料做成电池。原理如图所示:通入CO的管口是 (填“c”或“d”),写出该电极的电极反应式: 。
氨是氮循环过程中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法。
(1)根据图1提供的信息,写出该反应的热化学方程式: ,在图1中曲线 (填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线。
(2)在恒容容器中,下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 。
A.3v(H2)正=2v(NH3)逆
B.单位时间内生成n mol N2的同时生成2n mol NH3
C.混合气体的密度不再改变
D.容器内压强不随时间的变化而变化
(3)一定温度下,向2 L密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,保持体积不变,0.5 min后达到平衡,测得容器中有0.4 mol NH3,则平均反应速率v(N2)= ,该温度下的平衡常数K= 。若升高温度,K值变化 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)为了寻找合成NH3的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号 | T(℃) | n(N2)/n(H2) | p(MPa) |
ⅰ | 450 | 1/3 | 1 |
ⅱ | | | 10 |
ⅲ | 480 | | 10 |
A.请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
B.根据反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的特点,在给出的坐标图2中,画出其在1 MPa和10 MPa条件下H2的转化率随温度变化的趋势曲线示意图,并标明各条曲线的压强。