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精英家教网研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义.
(1)某实验将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种不同条件(Ⅰ、Ⅱ)下,发生反应CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图所示,回答下列问题:
①图中a点正反应速率
 
(填“大于”、“等于”或“小于”)逆反应速率.
②若容器容积不变,只改变下列某一措施可增大CO2转化率的是
 
(选填序号).
A.降低温度
B.使用合适的催化剂
C.将CH3OH从体系中分离
D.充入氦气,使体系总压强增大
③曲线Ⅰ、Ⅱ的平衡常数大小关系为K
 
K(填“大于”、“等于”或“小于”).
(2)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等.
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
则一氧化碳还原氧化铁的热化学方程式为
 

②若利用CO燃烧反应设计成燃料电池(以KOH溶液为介质),则该电池的负极反应式为
 
分析:(1)①图象分析可知a点甲醇物质的量随时间增大,说明反应正向进行;
②容器容积不变,只改变下列某一措施可增大CO2转化率,平衡正向进行,依据化学反应是气体体积减小的放热反应分析;
A.降低温度,平衡正向进行,二氧化碳转化率增大;
B.使用合适的催化剂,改变化学反应速率不能改变化学平衡;
C.将CH3OH从体系中分离,平衡正向进行;
D.充入氦气,使体系总压强增大,纷纷呀不变,平衡不动;
③图象分析Ⅰ平衡时甲醇物质的量比Ⅱ平衡时甲醇物质的量大,Ⅱ达到平衡所需要的时间短,温度高,平衡逆向进行,说明平衡常数减小;
(2)①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式;
②燃料电池中,燃料在原电池中的负极失电子发生氧化反应,碱溶液中生成碳酸盐.
解答:解:(1)①a点甲醇物质的量随时间增大,说明反应正向进行,图中a点正反应速率大于逆反应速率,故答案为:大于; 
②A.降低温度,平衡正向进行,二氧化碳转化率增大,故A正确;
B.使用合适的催化剂,改变化学反应速率不能改变化学平衡,转化率不变,故B错误;
C.将CH3OH从体系中分离,平衡正向进行,二氧化碳转化率增大,故C正确;
D.充入氦气,使体系总压强增大,纷纷呀不变,平衡不动,故D错误;
故答案为:AC; 
③图象分析Ⅰ平衡时甲醇物质的量比Ⅱ平衡时甲醇物质的量大,Ⅱ达到平衡所需要的时间短,温度高,平衡逆向进行,说明平衡常数减小,K>K
故答案为:大于;
(2)①a、Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1
b、C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
依据盖斯定律a-b×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ?mol-1
故答案为:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ?mol-1
②利用CO燃烧反应设计成燃料电池(以KOH溶液为介质),燃料电池中,燃料在原电池中 的负极失电子发生氧化反应,碱溶液中生成碳酸盐,则该电池的负极反应式为:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O,
故答案为:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O.
点评:本题考查了化学平衡的影响因素分析,平衡常数的理解应用,原电池的电极反应书写,热化学方程式的书写和盖斯定律的计算应用,题目难度中等.
练习册系列答案
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研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义.
(1)已知石墨的标准燃烧热为y kJ?mol-1,1.2g石墨在1.68L(标准状况)氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出x kJ热量.则石墨与氧气反应生成CO的热化学方程式为
C(s)+
1
2
O2(g)=CO(g)△H=-
(x-0.04y)
0.06
kJ?mol-1
C(s)+
1
2
O2(g)=CO(g)△H=-
(x-0.04y)
0.06
kJ?mol-1

(2)高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO.
①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是
CO+2MgSO4
  △  
.
 
2MgO+CO2+SO2+SO3
CO+2MgSO4
  △  
.
 
2MgO+CO2+SO2+SO3

②由MgO可制成“镁-次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如图1,该电池反应的离子方程式为
Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2
Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2


(3)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H
①该反应的平衡常数表达式为K=
C(CH3OH)C(H2O)
C(CO2)C3(H2)
C(CH3OH)C(H2O)
C(CO2)C3(H2)

②取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇反应的
△H
(填“>”“<”或“=”)0.
③在两种不同条件下发生反应,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图3所示,曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K
K(填“>”“<”或“=”).
④一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式投入反应物,一段时间后达到平衡.
容  器
反应物
投入量
1molCO2
3molH2
a molCO2、b molH2
c molCH3OH(g)、c molH2O(g)
若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持反应逆向进行,则c的取值范围为
0.4<n(c)≤1mol
0.4<n(c)≤1mol

研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义.
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等.
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ/mol
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ/mol

②已知Fe与CO可形成五羰基铁[Fe(CO)5],该化合物相当活泼,易于吸收H2生成氢化羰基铁.氢化羰基铁为二元弱酸,可与NaOH反应生成四羰基铁酸二钠.
试写出五羰基铁吸收H2的反应方程式
Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO
Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO

③利用燃烧反应可设计成CO-O2燃料电池(以KOH溶液为电解液),写出该电池的负极反应式
CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O
CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O

(2)某实验将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种不同条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ?mol-1
测得CH3OH的物质的量随时间变化如图所示,回答问题:
①该反应的平衡常数表达式为
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)
c(CH3OH)c(H2O)
c(CO2)c3(H2)

②曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K
大于
大于
K(填“大于”、“等于”或“小于”).
③一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡.
容  器
反应物投入量 1molCO2、3molH2 a molCO2、b molH2
c molCH3OH(g)、c molH2O(g)
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为
0.4<c≤1
0.4<c≤1

(14分)研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

(1)已知石墨的标准燃烧热为y kJ·mol1,1.2g石墨在1.68L(标准状况)氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出x kJ热量。则石墨与氧气反应生成CO的热化学方程式为     

(2)高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。

①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是     

②由MgO可制成“镁—次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如图1,该电池反应的离子方程式为          。    

         

图1                 图2                 图3

(3)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:

CO2(g) +3H2(g)  CH3OH(g) +H2O(g) △H

①该反应的平衡常数表达式为K=            

②取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇反应的ΔH         (填“>” “<”或“=”)0。

③在两种不同条件下发生反应,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图3所示,曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K      K(填“>” “<”或“=”)。

④一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式投入反应物,一段时间后达到平衡。

容 器

反应物

投入量

1molCO2

3molH2

a molCO2、b molH2

c molCH3OH(g)、c molH2O(g)

 

若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持反应逆向进行,则c的取值范围为        

 

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