题目内容

乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇的一种反应原理为:
2CO(g) + 4H2(g)CH3CH2OH(g) + H2O(g) △H =" —256.1" kJ·mol1
已知:CO(g) + H2O(g)CO2(g)+H2(g)   △H=" —41.2" kJ·mol1
(1)以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式如下:
2CO2(g) +6H2(g)CH3CH2OH(g) +3H2O(g)  △H =          
(2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。
①某研究小组在实验室以Ag– ZSM– 5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图。若不使用CO,温度超过800℃,发现NO的转化率降低,其可能的原因为        ;在n(NO)/n(C O)=1的条件下,应控制的最佳温度在     左右。

②用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C (s) +2NO2(g) N2 (g) + CO2 (g)。某研究小组向某密闭容器中加人足量的活性炭和NO,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:

      浓度/mol?L1
时间/min
NO
N2
CO2
0
1.00
0
0
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
0.17
 
I.根据表中数据,求反应开始至20min以v(NO)表示的反应速率为          (保留两位有效数字),T1℃时该反应的平衡常数为          (保留两位有效数字)。
II.30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是           。下图表示CO2的逆反应速率[v(CO2)]随反应时间的变化关系图。请在图中画出在30min改变上述条件时,在40min时刻再次达到平衡的变化曲线。

(17分)
(1)—173.7kJ?mol-1(3分)
(2)①该反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行(2分)
900℃(2分)
②I.0.030mol?L-1?mol-1(3分,没写单位扣1分)    
0.56(3分)
II.减小CO2的浓度(2分)
(2分)
作图要点:起点在30min时v(CO2)的一半以下;终点不超过30min时v(CO2)

解析试题分析:(1)将题目中出现的三个热化学方程式依次编号为①②③,观察可得①—②×2=③,根据盖斯定律可知,③的焓变=①的焓变—②的焓变×2=—173.7kJ?mol-1;(2)①若不使用CO,则反应为2NO(g)N2(g)+O2(g),随着温度的升高,反应速率增大,从开始反应到达到平衡时,NO转化为N2的转化率随温度升高而逐渐增大,达到平衡后,再升高温度,NO的转化率随温度升高逐渐减小,说明正反应是放热反应,升高温度使平衡左移;有CO时,发生的不可逆反应为CO+NON2+CO2,NO的转化率随温度的升高而逐渐增大,但是900℃→1000℃时NO的转化率增大程度不大,但是生产成本却会明显增加,因此在n(NO)/n(C O)=1的条件下,应控制的最佳温度为900℃;②I.读表中信息可得,从反应开始到20min,NO的变化浓度=(1.00—0.40) mol?L1=0.60 mol?L1,根据平均反应速率的定义式可知,v(NO)=△c/△t=0.030mol?L-1?mol-1;由于固体物质浓度是常数,不需要写入平衡常数表达式,读表中信息可知,20min时该反应在T1℃时达到平衡,则K=[c(CO2)?c(N2)]/c2(NO2)=[0.30×0.30]/0.402≈0.56;II.30min改变条件后,根据三行数据法可知:
 C (s) +2NO2(g) N2 (g) + CO2 (g)
起始浓度/mol?L1               0.40        0.30    0.30
变化浓度/mol?L1              0.080      0.040   0.040
平衡浓度/mol?L1              0.32       0.34      0.34(2分)
由于二氧化碳的理论浓度比实际浓度大0.17mol/L,说明30min时从原平衡体系中移出了CO2,减小CO2的浓度;由于30min时生成物CO2的浓度减少了一半,则v(CO2)立即减少一半,所以起点的横坐标为30min、纵坐标为原平衡的一半;减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,则v(CO2)逐渐增大,直到40min才达到新的平衡,但是此时CO2的浓度比原平衡时小,因此v(CO2)比原平衡时小, 所以终点的横坐标为40min、纵坐标比原平衡的一半大,但是比原平衡时小。
考点:考查化学反应原理,涉及盖斯定律、温度对平衡移动的影响、放热反应和吸热反应、根据反应物配比及温度对转化率影响图像确定反应最佳温度、平均反应速率和平衡常数的计算、根据各组分的浓度时间变化表推断引起平衡移动的因素、画出逆反应速率-时间图像等。

练习册系列答案
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近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展。
(1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程式为_________。
(2)合成甲醇的一种方法是以CO和H2为原料,其能量变化如图所示:

由图可知,合成甲醇的热化学方程式为________________________________________。
(3)以CO2为原料也可以合成甲醇,其反应原理为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
①在lL的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在500℃下发生反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时问变化如图所示:

则下列说法正确的是_________________(填字母);

A.3min时反应达到平衡
B.0~10min时用H2表示的反应速率为0.225mol·-1·min-1
C.CO2的平衡转化率为25%
D.该温度时化学平衡常数为(mol/L)-2
②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
容器1
容器2
容器3
反应物投入量(始态)
1molCO2、3molH2
0.5molCO2、1.5molH2
1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol?L-1
c1
c2
c3
平衡时体系压强/Pa
p1
p2
p3
 
则下列各量的大小关系为c1___________c3,p2_________p3(填“大于”、“等于”或“小于”)。
(4)近年来,甲醇燃料电池技术获得了新的突破,如图所示为甲醇燃料电池的装置示意图。电池工作时,分别从b、c充入CH3OH、O2,回答下列问题:

①从d处排出的物质是___________,溶液中的质子移向电极__________(填“M”或“N”);
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某实验小组设计用50 mL 1.0 mol/L盐酸跟50 mL 1.1 mol/L 氢氧化钠溶液在如图装置中进行中和反应。在大烧杯底部垫碎泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条),大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。试回答下列问题:

(1)本实验中用稍过量的NaOH的原因教材中说是为保证盐酸完全被中和。试问:盐酸在反应中若因为有放热现象,而造成少量盐酸在反应中挥发,则测得的中和热           (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(2)在中和热测定实验中存在用水洗涤温度计上的盐酸的步骤,若无此操作步骤,则测得的中和热会           (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(3)若用等浓度的醋酸与NaOH溶液反应,则测得的中和热会           (填“偏大”、“偏小”或“不变”),其原因是                               
(4)该实验小组做了三次实验,每次取溶液各50 mL,并记录下原始数据(见下表)。

实验序号
起始温度t1/℃
终止温度(t2)/℃
温差(t2-t1)/℃
盐酸
NaOH溶液
平均值
1
25.1
24.9
25.0
31.6
6.6
2
25.1
25.1
25.1
31.8
6.7
3
25.1
25.1
25.1
31.9
6.8
 
已知盐酸、NaOH溶液密度近似为1.00g/cm3,中和后混合液的比热容c=4.18×10-3kJ/(g·℃),则该反应的中和热为ΔH=           。根据计算结果,写出该中和反应的热化学方程式                             

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