题目内容
6.为倡导“节能减排”和“低碳经济”,降低大气中C02的含量及有效地开发利用C02科学家正在研究如何将C02转化为可利用的资源.目前工业上有一种方法是用C02来生产燃料甲醇,一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)如图1表示该反应过程中能量(单位为kJ.mol-1)的变化:(1)关于该反应的下列说法中,正确的是C(填字母).
A.△H>0,△S>0 B.△H>O,△S<0
C△H<O.△S<O D.△H<0,△S>0
(2)为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为3L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件发生反应:C02(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H20(g),经测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.
①从反应开始到平衡,CO2的平均反应速率v(CO2)=0.025mol/(L.min).
②此条件下,该反应的平衡常数K=48.
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD.
A.升高温度
B.将CH3OH(g)及时液化抽出
C.选择高效催化剂
D.向该容器中再充入1molCO2和3mol H2
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出369.2kJ的热量,写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJ•mol-1.
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醉、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠;其正极的电极反应式是O2+2H2O+4e-═4OH-.
分析 (1)正反应是气体物质的量减小的反应,故为熵减的反应,由图可知反应物总能量高于生成物总能力,故为放热反应;
(2)在体积为3L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,10min达到平衡,平衡时二氧化碳为0.25mol、甲醇为0.75mol,则:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol):1 3 0 0
变化量(mol):0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量(mol):0.25 0.75 0.75 0.75
①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CO2);
②平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$;
③A.升高温度平衡向吸热反应移动;
B.将CH3OH(g)及时液化抽出,生成物浓度减小,平衡正向移动;
C.选择高效催化剂不影响平衡移动;
D.向该容器中再充入1molCO2和3mol H2,反应物浓度增大,平衡正向移动;
(3)计算1mol甲醇燃烧放出的热量,注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式,注意甲醇的化学计量数为1;
(4)本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水,二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠,原电池负极发生氧化反应,应在负极加入甲醇与氢氧化钠,正极上还原反应,氧气在正极获得电子,碱性条件下生成氢氧根离子.
解答 解:(1)正反应是气体物质的量减小的反应,故为熵减的反应,即△S<0,由图可知反应物总能量高于生成物总能力,故为放热反应,则△H<0,
故选:C;
(2)在体积为3L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,10min达到平衡,平衡时二氧化碳为0.25mol、甲醇为0.75mol,则:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol):1 3 0 0
变化量(mol):0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量(mol):0.25 0.75 0.75 0.75
①v(CO2)=$\frac{\frac{0.75mol}{3L}}{10min}$=0.025mol/(L.min),故答案为:0.025mol/(L.min);
②平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{\frac{0.75}{3}×\frac{0.75}{3}}{\frac{0.25}{3}×(\frac{0.75}{3})^{3}}$=48,故答案为:48;
③A.正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,故A错误;
B.将CH3OH(g)及时液化抽出,生成物浓度减小,平衡正向移动,故B正确
C.选择高效催化剂加快反应速率,不影响平衡移动,故C错误
D.向该容器中再充入1molCO2和3mol H2,反应物浓度增大,平衡正向移动,故D正确,
故选:BD;
(3)1mol甲醇燃烧放出的热量为369.2kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g}$=738.4 kJ,甲醇燃烧热的热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJ•mol-1;
(4)本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水,二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠,原电池负极发生氧化反应,应在负极加入甲醇与氢氧化钠,正极上还原反应,氧气在正极获得电子,碱性条件下生成氢氧根离子,正极电极反应式为:O2+2H2O+4e-═4OH-,
故答案为:甲醇、氢氧化钠;O2+2H2O+4e-═4OH-.
点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、热化学方程式书写、原电池等,是对基础知识的综合考查,难度中等.
| A. | 向煮沸的NaOH溶液中滴加FeCl3饱和溶液制备Fe(OH)3胶体 | |
| B. | 布朗运动是胶体粒子特有的运动方式,可以据此把胶体与溶液、悬浊液区分 | |
| C. | 胶粒带有电荷,但是整个分散系仍是电中性的 | |
| D. | 胶体粒子很小,可以透过半透膜 |
| A. | 将甲升温,可使甲和乙中各物质的体积分数达到相同 | |
| B. | x=2,且M、N中仅有一种为气态 | |
| C. | 曲线II为甲中R的物质的量一时间图象 | |
| D. | 其他条件不变时,向乙中再加入1mol M、1molN,达到新平衡时,则有1.0mol<n(R)<1.2 mol |
| A. | 将溴乙烷滴入AgNO3溶液中,立即有淡黄色沉淀生成 | |
| B. | 溴乙烷与NaOH的水溶液共热可制取乙烯 | |
| C. | 溴乙烷难溶于水,能溶于多种有机溶剂 | |
| D. | 实验室通常用乙烯与溴水反应来制取溴乙烷 |