题目内容

【题目】科学家对一碳化学进行了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。

(1)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1=-90.1kJ/mol

3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) H2=-31.0kJ/mol

COH2合成CH3CH=CH2的热化学方程式为________

(2)现向三个体积均为2L的恒容密闭容器III、Ⅲ中,均分别充入1molCO 2mo1H2发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1-90.1kJ/mol。三个容器的反应温度分别为TlT2T3且恒定不变。当反应均进行到5minH2的体积分数如图1所示,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态。

5min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是容器_______(填序号)

0-5 min内容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)=_______(保留两位有效数字)

(3)CO常用于工业冶炼金属,在不同温度下用CO 还原四种金属氧化物,达到平衡后气体中lgc(CO)/c(CO2)与温度(T)的关系如图2所示。下列说法正确的是_____(填字母)

A.工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触面积,减少尾气中CO的含量

BCO用于工业冶炼金属铬(Cr)时,还原效率不高

C.工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大

DCO还原PbO2的反应△H0

(4)一种甲醇燃料电池,使用的电解质溶液是2mol·L1KOH溶液。

请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式___________;每消耗6.4g甲醇转移的电子数为__________

(5)一定条件下,用甲醇与一氧化碳反应合成乙酸可以消除一氧化碳污染。常温下,将a mol/L的醋酸与b mol/LBa(OH)2溶液等体积混合后,若溶液呈中性,用含ab的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka_________

【答案】3CO(g)+6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) H-301.3kJ/mol 0.067 mol/(L·min) BC CH3OH6e+8OH=CO32-+6H2O 1.2NA(1.2×6.02×1023)

【解析】

(1)根据盖斯定律分析书写COH2合成CH3CH=CH2的热化学方程式;

(2)①温度越高反应速率越快,达到平衡状态时,需要的时间越短,据此判断;②利用三段式求出反应生成的甲醇的物质的量浓度,再根据v=计算;

(3)A、增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变;B、由图像可知,用CO工业冶炼金属铬时,一直很高,说明CO转化率很低;C、由图像可知,温度越低,越小,故CO转化率越高;DCO还原PbO2的反应,达到平衡后升高温度,升高,即升高温度,CO的含量增大,说明平衡逆向移动,据此分析判断;

(4)根据电子的移动方向判断出原电池的正负极,负极上甲醇失去电子生成碳酸钾,根据电子与甲醇的物质的量关系计算;

(5)溶液等体积,混合溶质浓度减少一半,醋酸电离平衡常数与浓度无关,结合电离平衡常数的表达式计算。

(1)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H1=-90.1kJ/mol,②3CH3OH(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) H2=-31.0kJ/mol,根据盖斯定律,将①×3+②得到COH2合成CH3CH=CH2的热化学方程式:3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) H=-301.3kJ/mol,故答案为:3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g)H=-301.3kJ/mol

(2)①三个容器的反应温度分别为TlT2T3且恒定不变,当反应均进行到5minH2的体积分数如图1所示,温度越高,反应速率越快,达到平衡需要的时间越短,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态,最有可能是Ⅲ,平衡后,升高温度,平衡逆向进行,氢气含量最大,故答案为:Ⅲ;

②设反应生成的甲醇为xmol/L

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

开始(mol/L)0.5 1 0

转化(mol/L) x 2x x

平衡(mol/L)0.5-x 1-2x x

5min时,氢气的体积分数为0.4,则=0.4,解得:x=mol/L,容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)==0.067mol/(Lmin),故答案为:0.067 mol/(Lmin)

(3)A.增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变,故A错误;B.由图像可知用CO工业冶炼金属铬时,一直很高,说明CO转化率很低,故B正确;C.由图像可知温度越低,越小,故CO转化率越高,工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大,故C正确;D.CO还原PbO2的反应,达到平衡后升高温度,升高,即升高温度,CO的含量增大,说明平衡逆向移动,此反应的H0,故D错误;故答案为:BC

(4)电池反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O,该电池负极是甲醇失电子生成碳酸钾,根据图像可知,b电极为正极,电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-a为负极,电极反应式为CH3OH6e+8OH=CO32-+6H2O6.4g甲醇的物质的量为=0.2mol,转移电子的物质的量为0.2mol ×6=1.2mol,即 1.2NA(1.2×6.02×1023),故答案为:CH3OH6e+8OH=CO32-+6H2O1.2NA(1.2×6.02×1023)

(5)通常状况下,将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合,溶液呈中性,根据电荷守恒,2c(Ba2+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),溶液呈中性,溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,则c(CH3COO-)=2c(Ba2+)=2×mol/L=bmol/L,醋酸电离平衡为CH3COOH CH3COO-+H+,则K===,故答案为:

练习册系列答案
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1)在催化转化法回收利用CO2的过程中,可能涉及以下化学反应:

CO2(g)+2H2O(l)CH3OH(l)+O2(g) ΔH=+727kJ·mol-1 ΔG=+818kJ·mol-1

CO2(g)+3H2O(l)CH4(g)+O2(g) ΔH=+890kJ·mol-1 ΔG=+818kJ·mol-1

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-131kJ·mol-1 ΔG=-9.35kJ·mol-1

CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l) ΔH=-253kJ·mol-1 ΔG=-130kJ·mol-1

从化学平衡的角度来看,上述化学反应中反应进行程度最小的是__,反应进行程度最大的是__

2)反应CO2+4H2CH4+2H2O称为Sabatier反应,可用于载人航空航天工业。我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。

①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2,再生O2,其反应过程如图所示,这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充__(填化学式)

②在1.5MPa,气体流速为20mL·min-1时研究温度对催化剂催化性能的影响,得到CO2的转化率(%)如下:

催化剂

180℃

200℃

220℃

280℃

300℃

320℃

340℃

360℃

Co4N/Al2O3

8.0

20.3

37.3

74.8

84.4

85.3

868

90.1

Co/Al2O3

0.2

0.7

2.0

22.4

37.6

48.8

54.9

59.8

分析上表数据可知:__(填化学式)的催化性能更好。

③调整气体流速,研究其对某催化剂催化效率的影响,得到CO2的转化率(%)如下:

气体流速/mL·min-1

180℃

200℃

220℃

280℃

300℃

320℃

340℃

360℃

10

11.0

25.1

49.5

90.2

93.6

97.2

98.0

98.0

30

4.9

11.2

28.9

68.7

72.7

79.8

82.1

84.2

40

0.2

5.2

15.3

61.2

66.2

71.2

76.6

79.0

50

0.2

5.0

10.0

50.0

59.5

61.2

64.1

69.1

分析上表数据可知:相同温度时,随着气体流速增加,CO2的转化率__(增大减小”),其可能的原因是__

④在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是__,在1L恒容密闭容器中发生该反应,已知初始反应气体中V(H2)V(CO2)=41,估算该温度下的平衡常数为__(列出计算表达式)

3)通过改变催化剂可以改变CO2H2反应催化转化的产物,如利用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。为了研究催化剂的稳定性,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇的产量如图所示,试推测甲醇产量变化的原因__(已知Co的性质与Fe相似)

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