题目内容

【题目】CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:

(1)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+ CO2(g)2CO (g)+ 2H2(g)

①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:

化学键

C—H

C=O

H—H

CO(CO)

键能/kJ·mol1

413

745

436

1075

则该反应的ΔH=_________。分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______(填“A” 或“B ”)。

(2)CO2可以被NaOH溶液捕获。

①若所得溶液pH=13,CO2主要转化为_______(写离子符号);若所得溶液c(HCO3)∶c(CO32)=2∶1,溶液pH=___________。(室温下,H2CO3K1=4×107K2=5×1011

②当2molCO2通入3molNaOH被吸收时,溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母)________

a.c(Na)+c(H)=c(CO32)+c(HCO3-)+c(OH)

b.c(Na)>c(HCO3-)>c(CO32)> c(OH)>c(H)

c.3c(Na)=2[c(CO32)+c(HCO3-) +c(H2CO3)]

(3)CO2辅助的CO—O2燃料电池,工作原理如图所示,固体介质中CO32— 可定向移动。电池的负极反应式:________________________________电池工作时需向某电极通入CO2以触发反应,该电极为_____________(填“甲”或“乙”)

【答案】+120 KJ· mol-1 B CO32 10 b CO-2e- + CO32 = 2CO2

【解析】

(1)根据反应热与键能的关系可得ΔH=+120KJ mol-1;该反应的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,加入CH4CO21 mol的混合气体,恒压条件下反应正向进行的程度大,故容器B达到平衡时吸收的热量多

(2)由电离平衡常数的定义以及弱电解质的电离、弱根离子的水解以及各离子之间的相互影响进行分析;

(3)由题中所给示意图以及负极失去电子发生氧化反应分析。

(1)根据反应热与键能的关系可得,该反应的ΔH=(413kJ·mol1×4+745kJ·mol1×2)-(1075kJ·mol1×2+436kJ·mol1×2)=+120KJ mol-1,反应CH4(g)+ CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,加入CH4CO21 mol的混合气体,恒压条件下反应正向进行的程度大,故容器B达到平衡时吸收的热量多,故答案为:+120KJ·mol-1,B。

(2)K2=c(CO32-)c(H+)/c(HCO3-)=5×1011,则c(H+)=K2c(HCO3-)/c(CO32-),当c(HCO3)=c(CO32),c(H+)=5×1011,pH10.3,如果溶液pH=13,则c(HCO3)<c(CO32),所以该溶液中所得的阴离子为CO32,K2=c(CO32-)c(H+)/c(HCO3-)=5×1011,且所得溶液中c(HCO3c(CO32)=21,c(H+)=K2c(HCO3-)/c(CO32-)=5×1011×2=1×1010,pH=10,故答案为:CO32,10。

2molCO2通入3molNaOH被吸收时则发生反应:2CO2+3OH-=CO32-+HCO3-+H2O,结合CO32-+H2OHCO3-+OH-,HCO3-+H2OH2CO3+OH-分析

a.溶液呈电中性,溶液中阴、阳离子所带电荷相等,所以c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-),故a错误

b.n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)=2mol,n(Na+)=3mol,又存在①CO32-+H2OHCO3-+OH-HCO3-+H2OH2CO3+OH-,水解程度①②且水解程度都较小,则c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-),则有c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),故b正确

c.n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)=0.1mol,n(Na+)=0.15mol,根据物料守恒得,2C(Na+)=3[c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)],故c错误。

故答案为:b。

(3)由图可知,在负极上COCO32失去电子发生氧化反应生成CO2,电极方程式为: CO-2e-+CO32=2CO2,在电极乙上通入CO2以触发反应,故答案为:CO-2e-+CO32=2CO2,乙。

练习册系列答案
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反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.19 kJ·mol-1

反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2

反应Ⅲ:CO2(g)+3H2g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-49.58 kJ·mol-1

回答下列问题:

(1)反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的化学平衡常数分别为K1、K2、K3、则K3=__________(用K的代数式表示)

(2)在恒压密闭容器中,充入一定量的 H2 和 CO2(假定仅发生反应Ⅲ),实验测得反应物在不同温度下,反应体系中 CO2 的平衡转化率与压强的关系曲线如图 1 所示。

①比较 T1 与 T2 的大小关系:T1____________T2(填“<”、“=”或“>”)

②在 T1 和 p6 的条件下,往密闭容器中充入 3 mol H2 和 1 mol CO2,该反应在第 5 min 时达到平衡,此时容器的体积为 1.8 L,则该反应在此温度下的平衡常数为________

a.若此条件下反应至 3 min 时刻,改变条件并于 A 点处达到平衡,CH3OH 的浓度随反应时间的变化趋势如图 2所示(3~4 min 的浓度变化未表示出来),则改变的条件为 __________,请用 H2 的浓度变化计算从4 min开始到 A点的反应速率v(H2)= _________(保留两位小数)。

b.若温度不变,压强恒定在 p8 的条件下重新达到平衡时,容器的体积变为_______L

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