题目内容
【题目】氢气是21世纪的新型能源.制氢的方法之一是以煤的转化为基础,部分反应如下: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=﹣41kJmol﹣1
CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)△H=﹣172kJmol﹣1
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=﹣187kJmol﹣1
(1)写出CO与H2生成CH4和水蒸气的热化学方程式 .
(2)某温度下,在10L密闭容器中投入CO2、H2和CaO,仅发生CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)和CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)两个反应,部分物质的物质的量与时间的关系如表所示:
物质 | CO2 | H2 | CaO |
0 | 0.50 | 1.00 | 0.40 |
2 | 0.35 | 0.60 | a |
6 | 0.20 | 0.20 | b |
8 | 0.20 | 0.20 | b |
①反应在0~2min内的平均反应速率v(H2)=
②b=
③反应到达平衡后,改变反应的某些条件,再次达到平衡时,不正确的是(填字母)
A.扩大容器体积c(H2)增大 B.升高温度,n(CO2)增大
C.充入少量H2 , CaCO3质量减小 D.充入少量CO2 , c(CH4)增大
④此温度下,反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的化学平衡常数K= . 若向10L容器中投入CO2、H2和CH4各0.1mol,H2O(g)xmol,要使v正(CO2)>v逆(CO2),x的取值范围为
(3)若以CH4、O2组成燃料电池,在酸性条件下负极电极反应式为.当两极消耗3.36L气体(标准状况)时,将产生的气体(假设全部逸出)通入50mL2molL﹣1 NaOH溶液中,下列说法正确的是
A.反应过程中共转移电子1.2mol
B.所得溶液为Na2CO3和NaHCO3的混合溶液
C.c(Na+ )>c(CO32﹣)>c(OH﹣ )>c(HCO3﹣)>c(H+)
D.c(OH﹣)=2c(H2CO3)+c(HCO3﹣ )+c(H+ )
【答案】
(1)CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)△H=﹣228kJ?mol﹣1
(2)0.02mol/L.min;0.10; AC; ;0<x
(3)CD
【解析】解:(1)①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=﹣41kJmol﹣1
②CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=﹣187kJmol﹣1,①+②得CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H=﹣228kJmol﹣1,
所以答案是:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H=﹣228kJmol﹣1;(2)①v(H2)= =
=0.02mol/L.min,
所以答案是:0.02mol/L.min;
②CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)据此方程式,则CaO(s)和CO2(g)前系数都为1,0﹣6min内CO2(g)的物质的量变化了0.30mol,则CaO(s)的物质的量变化也为0.30mol,故b=0.40mol﹣0.30mol=0.10mol,
所以答案是:0.10;
③A.扩大容器体积,相当于减小压强,向气体体积增大的方向进行,故向逆向进行则n(H2)增大,但是得不偿失,c(H2)减小,故A错误;
B.升高温度,向吸热方向进行,故向逆反应方向进行,则n(CO2)增大,故B正确;
C.充入少量H2,使体系压强增大,向气体体积减小的方向进行,故向正反应方向进行,则CaCO3质量增加,故C 错误;
D.充入少量CO2,使体系压强增大,向气体体积减小的方向进行,故向正反应方向进行,故c(CH4)增大,故D正确;
所以答案是:AC;
④ | CO2(g)+ | 4H2(g) | CH4(g)+ | 2H2O(g) |
起始 | 0.05 | 0.1 | 0 | 0 |
转化 | 0.02 | 0.08 | 0.02 | 0.04 |
平衡 | 0.03 | 0.02 | 0.02 | 0.04 |
故化学平衡常数k= =
=
;要使v正(CO2)>v逆(CO2),则反应向正反应方向进行QC=
,故0<x
,
所以答案是: ;0<x
;(3)甲烷燃料电池,总的电极反应方程式为CH4+3O2═CO2+2H2O,
A.
CH4+2O2═CO2+2H2O~ | 8mole﹣ |
22.4×3 | 8 |
3.36 | 0.4 |
,故反应过程中共转移电子0.4mol,故A错误;
B.
CH4+2O2═CO2+2H2O~ | 8mole﹣ |
22.4×3 | 1 |
3.36 | 0.05 |
2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,由方程式得,n(NaOH):n(CO2)=2:1,故溶液为Na2CO3,故B错误;
C.在一定条件下Na2CO3溶液存在水解平衡:CO32﹣+H2OHCO3﹣+OH﹣,溶液显碱性,离子浓度大小为:c(Na+)>c(CO32﹣)>c(OH﹣)>c(HCO3﹣)>c(H+),故C正确;
D.根据物料守恒得2c(CO32﹣)+2c(HCO3﹣)+2c(H2CO3)=c(Na+)①,根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+ )=c(OH﹣)+c(HCO3﹣ )+2c(CO32﹣)②,由①②整理得,c(OH﹣)=2c(H2CO3)+c(HCO3﹣ )+c(H+ ),故D正确;
所以答案是:CD.
【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡的计算的相关知识,掌握反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%;产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%.
