题目内容

乙醇是重要的化工原料和液体燃料,可以在一定条件下利用CO2与H2反应制得:

请回答:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为                                 
(2)当温度T1>T2时,化学平衡常数K1           K2(填“>”、“<”或“=”)。
(3)在恒温、恒容的密闭容器中,下列描述能说明上述反应已达化学平衡状态的是                           (填字母序号)。
a.生成1molCH3CH2OH的同时生成3 mol H2O   
b.容器中各组分浓度不随时间而变化
c.容器中混合气体的密度不随时间而变化   
d.容器中气体的分子总数不随时间而变化
(4)在工业生产中,可使H2的转化率和化学反应速率同时提高的措施有                                     (写出一条合理措施即可)。
(5)工业上,常以乙醇为原料生产乙醛。根据下图所示信息,该反应是            反应(填“放热”或“吸热”),判断依据是__________________。

(6)乙醇可以作为燃料电池的燃料。某乙醇燃料电池以乙醇为燃料,使用酸性电解质,该电池负极反应的电极反应式为                                           


(1) (2)<    (3)b d (4)增大CO2浓度(或增大压强)
(5)放热  反应物总能量大于生成物总能量   (6)CH3CH2OH – 12 e- + 3H2O =2CO2 + 12H+

解析试题分析:(1)根据化学平衡常数的定义,可知 
(2)当温度T1>T2时,由T1到T2,相当于是降低温度,降低温度,化学平衡向放热反应的方向进行,△H<0,即平衡右移,产物增多,反应物减少,因此,K1<K2
(3)a.应符合“异方向、量相当”,生成1molCH3CH2OH的同时生成3 mol H2O,属于同一方向的描述,错误。
b.容器中各组分浓度不随时间而变化,属于化学平衡状态的定义,也是宏观判断标志,正确。
c.由于限定的条件是恒温、恒容的密闭容器中,反应前后质量守恒,因此,密度在反应的过程中未发生过变化,因此不能把容器中混合气体的密度不随时间而变化作为判断标志。 错误。
d.从化学方程式可以看出,该可逆反应是反应前后气体分子数减小的反应,当容器中容器中气体的分子总数不随时间而变化时,达到化学平衡,正确。
(4)根据可逆反应中,反应物的转化特点,当增加反应体系中另外一种物质CO2时,可使H2的转化率和化学反应速率同时提高,也可以增大压强。
(5)从函数图像可以看出,反应物自身具有的总能量高于生物自身具有的总能量,即E(反)>E(生)。
(6)CH3CH2OH中碳元素的化合价为-2价,在原电池的负极发生氧化反应,碳元素被氧化为CO2,化合价升高6价,CH3CH2OH中含有2个碳原子,1molCH3CH2OH被氧化,碳元素的化合价升高12价,即转移的电子数目为12e-,因此负极反应式为:CH3CH2OH – 12 e- + 3H2O =2CO2 + 12H+,正极反应式为: O2+4H++4e-=2H2O。
考点:考查化学平衡常数表达式的书写、化学平衡状态的判断标志、化学平衡移动、化学能与热能、原电池原理等知识。

练习册系列答案
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能源是制约国家发展进程的因素之一。甲醇、二甲醚等被称为2 1世纪的绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚。
(1)工业上,可以分离合成气中的氢气,用于合成氨,常用醋酸二氨合亚铜
[Cu(NH32Ac]溶液(Ac=CH3COO)(来吸收合成气中的一氧化碳,其反虚原理为:
[Cu(NH32Ac](aq)+CO+NH3[Cu(NH33]Ac?CO(aq)(△H<0)
常压下,将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu(NH32]AC溶液的措施是         
(2)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应a:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol
反应b:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0
①对于反应a,某温度下,将4.0 mol CO2(g)和12.0 mol H2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,测得甲醇蒸气的体积分数为30%,则该温度下反应的平衡常数为    
②对于反应b,某温度下,将1.0mol CO(g)和2.0 mol H2(曲充入固定容积的密闭容器中,反应到达平衡时,改变温度和压强,平衡体系中CH3OH的物质的量分数变化情况如图所示,温度和压强的关系判断正确的是         ;(填字母代号)

A.p3>p2,T3>T2
B.p2>p4,T4>T2
C.p1>p3,T1>T3
D.p1>p4,T2>T3
(3)CO可以合成二甲醚,二甲醚可以作为燃料电池的原料,化学反应原理为:
CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)  △H<0
①在恒容密闭容器里按体积比为1:4充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是       
A.逆反应速率先增大后减小
B.正反应速率先增大后减小
C.反应物的体积百分含量减小
D.化学平衡常数K值增大
②写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式         
③己知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量。关于二甲醚碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池,下列说法正确的是         (填字母)
A.两种燃料互为同分异构体,分子式和摩尔质量相同,比能量相同
B.两种燃料所含共价键数目相同,断键时所需能量相同,比能量相同
C.两种燃料所含共价键类型不同,断键时所需能量不同,比能量不同
(4)已知l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ,请写出表示二甲醚燃烧热的热化学方程式                    

“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张,发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出热值很高的煤炭合成气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g)            ΔH1=-393.5 kJ·mol–1          
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)      ΔH2=+131.3 kJ·mol–1          ②
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),ΔH= _________kJ·mol–1。在标准状况下,33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H2)与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应中转移______mole
(2)在一恒容的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______
a.体系压强保持不变
b.密闭容器中CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:2
d.每消耗1 mol CO的同时生成2molH2
②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。

A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大;达到A、C两点的平衡状态所需的时间tA      tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是_____________(答出两点即可)。
(3)工作温度650℃的熔融盐燃料电池,是用煤炭气(CO、H2)作负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为:CO + H2-4e+ 2CO32= 3CO2+H2O;则该电池的正极反应式为____________。

生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO2、H2等)与H2混合,催化合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质等,是生物质能利用的方法之一.
(1)已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值(lgK)如下表:

反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),该反应的△H________0(选填:“>”、“<”、“=”);在900K时,该反应平衡常数的对数值(lgK)=_____________.
(2)甲醇是一种重要的能源和化工原料,工业上合成甲醇的反应为:CO+2H2?CH3OH.现已知:H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则:CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学反应方程式                        .
(3)在一定温度、压强和催化条件下,工业上用CO和H2反应生成二甲醚,同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为:                        
(4)下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.a电极上发生反应的电极反应式为                                  .

(5)连接下图右装置的电源为(4)问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后,观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色,并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中      电极(填a或b)相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为:                    .

随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
(1)处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。已知:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ·mol­—1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol—1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程为                                  
(2)降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化 转化器,发生如下反应:
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0。        
若在一定温度下,将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中,反应过程中各物质的浓度变化如图所示,该反应的化学平衡常数为K=           

若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,平衡将      移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。
20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如上图所示的变化,则改变的条件可能是             (填序号)。
①加入催化剂  ②降低温度  ③缩小容器体积  ④增加CO2的量
(3)肼(N2H4)用亚硝酸(HNO2)氧化可生成氮的另一种氢化物,该氢化物的相对分子质量为43.0,其中氮原子的质量分数为0.977。写出肼与亚硝酸反应的化学方程式                                        

甲烷是天然气的主要成分,是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质。
(1)一定条件下,用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知:
①CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g); △H1
②CH4(g) + 4NO2(g) =" 4NO(g)" + CO2(g) + 2H2O(g);△H2
现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体,用16g甲烷气体催化还原该混合气体,恰好生成氮气、二氧化碳气体和水蒸气,共放出1042.8kJ热量。
①该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为                    
②已知上述热化学方程式中△H1=—1160kJ/mol,则△H2=          
③在一定条件下NO气体可以分解为NO2气体和N2气体,写出该反应的热化学方程式                           
(2)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:

④B极为电池     极,电极反应式为                                            
⑤若用该燃料电池做电源,用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液,写出阳极的电极反应式                                                  ,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为        (标况下),实际上消耗的甲烷体积(折算到标况)比理论上大,可能原因为                                                         .

(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。
①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:
6Ag(s)+O3(g)=3Ag2O(s);△H=-235.8 kJ/mol。
己知:2 Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g);△H=+62.2kJ/mol,则O3转化为O2的热化学方程式为          ;②科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生,阴极附近的氧气则生成过氧化氢,阴极电极反应式为                                         

时间/min浓度(mol/L)
NO
N2
CO2
0
1.00
0
0
10
0.58
0.21
0.21
20
0.40
0·30
0.30
30
0.40
0.30
0.30
40
0.32
0.34
0.17
50
0.32
0.34
0.l7
 
(2)用活性炭还原法处理氮氧化物,有关反应为: C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①10 min~20 min以内v(CO2)表示的反应速率为                      
②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数K=        (保留两位小数);
③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是   (填序号字母);
A.容器内压强保持不变
B.2v(NO)=v(N2)
C.容器内CO2的体积分数不变
D.混合气体的密度保持不变
④30 min时改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是    
⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率   (填“增大”、“不变”或“减小”)。

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