题目内容

工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:CO2+3H2CH3OH+H2O。请回答下列问题:
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示:

1molCO(g)+1mol H2O(l)

 
1molCO(g)+2mol H2(g)
 
1molCH3OH(l)
 
1molCO2(g)+1mol H2(g)
 

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式__               _。
该反应的△S­­­­­­­­­­­­­­____0(填“>”或“<”或“=”),在 ______情况下有利于该反应自发进行。
(2)如果上述反应方程式的平衡常数K值变大,则该反应__     (选填编号)。
A.一定向正反应方向移动   B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向逆反应方向移动    D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,能说明反应已达到平衡状态的是       __     (选填编号)。
A.3v正(H2)=v逆(CO2)        B.C(H2) = C(CO2)
C.容器内气体的密度不变    D.容器内压强不变
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0 min,容器内气体的密度增大了2.0g/L,在这段时间内CO2的平均反应速率为           。反应在t1时达到平衡,过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线右图所示。保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡)。

(1)3H2(g) + CO2(g)= CH3OH(l)+ H2O(l);ΔH=-50KJ/mol;<; 低温;(2)A、D;
(3)CD;(4)0.01mol.L-1.min-1;画图

解析试题分析:(1)根据题意可得热化学方程式:①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41KJ/mol; ②CO(g) +H2(g) =CH3OH(l)ΔH=-91KJ/mol; ②-①,整理可得3H2(g) + CO2(g)= CH3OH(l)+ H2O(l);ΔH=-50KJ/mol;由方程式可知,该反应是一个体系的混乱程度减小的反应。所以△S­­­­­­­­­­­­­­<0;由于该反应的正反应是放热反应,所以反应在低温情况下有利于该反应自发进行。(2)由于该反应的正反应是放热反应,所以上述反应方程式的平衡常数K值变大,则平衡正向移动。由于K只与温度有关,而与压强、浓度等无关,所以只有温度降低才可以满足条件。当降温时,V正、V逆都减小,V逆减小的多,V正>V逆,平衡正向移动,逆反应速率先减小后又略有增加。因此选项为A、D。(3)A.若反应达到平衡,则v正(H2)= 3v逆(CO2)。错误。B.由于二者消耗时是按照3:1的物质的量的关系消耗的,所以在开始加入的这两种气体只有按照某一确定的比例混合,达到平衡时才有关系:C(H2) = C(CO2)。因此不能作为判断平衡的标志。错误。C.由于生成物有液态物质,若反应未达到平衡,则气体的质量就会发生变化,气体的密度也会发生改变。因此容器内气体的密度不变,可以作为判断平衡的标志。正确。D.该反应是反应前后气体体积不等的反应,如果未达到平衡,则气体的物质的量就会发生变化,则容器内气体的压强就会改变。因此容器内压强不变可以作为判断平衡的标志。正确。(4)反应的容器容积为2.0L,容器内气体的密度增大了2.0g/L,则气体的质量增加了2.0g/L×2.0L=4.0g.其中增加的CO2的质量为;所以Δn(CO2)=" Δm÷M="  =0.08mol,因此V(CO2)= Δc(CO2)÷Δt="(0.08mol" ÷2L)÷4min = 0.01mol/(L·min)。
由图像可知:反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)中起始时c(CO2)=0.10mol/L,平衡时c(CO2)=0.025mol/L,则Δc(CO2)=0.075mol/L,所以平衡时各物质的浓度为:c(H2)=0.075mol/L,该反应的平衡常数;当保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,c(CO2)=0.05mol/L,c(H2)=0.15mol/L,平衡向右移动,设消耗c(CO2)=xmol/L,则消耗c(H2)=3xmol/L,平衡时各物质的浓度分别为c(CO2)="(0.05-x)mol/L" ,c(H2)="(0.15-3x)mol/L" ,平衡常数不变。即,解得x= 0.025mol/L,则t2达到新的平衡时c(CO2)=0.025mol/L.故t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线为如图所示。

考点:考查热化学方程式的书写、化学平衡状态的判断、反应的方向性、化学反应速率的计算、CO2浓度与时间图像的表示。

练习册系列答案
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我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):

(1)“造合成气”发生的热化学方程式是CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g);△H>0
在恒温恒容的条件下,欲提高CH4的反应速率和转化率,下列措施可行的是     。
A、增大压强    B、升高温度 C、充入He气   D、增大水蒸气浓度
(2)“转化一氧化碳”发生的方程式是H2O(g) +CO(g) H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下:

温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
 
提高氢碳比[ n(H2O)/n(CO)],K值   (填“增大”、“不变”或“减小”);若该反应在400℃时进行,起始通入等物质的量的H2O和CO,反应进行到某一时刻时CO和CO2的浓度比为1∶3,此时v(正)   v(逆)(填“>”、“=”或“<”)。
(3)有关合成氨工业的说法中正确的是     。
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(4)Zn还原SiCl4的反应如下:
反应①:400℃~756℃,SiCl4(g)+2Zn(l)Si(S)+2ZnCl2(l)  △H1<0
反应②:756℃~907℃,SiCl4(g)+2Zn(l)Si(S)+2ZnCl2(g)  △H2<0
反应③:907℃~1410℃,SiCl4(g)+2Zn(g)Si(S)+2ZnCl2(g)  △H3<0
i. 反应②的平衡常数表达式为                 。
ii. 对于上述三个反应,下列说明合理的是           。
a.升高温度会提高SiCl4的转化率     b.还原过程需在无氧的气氛中进行
c.增大压强能提高反应速率          d.Na、Mg可以代替Zn还原SiCl4
(5)用硅制作太阳能电池时,为减弱光在硅表面的反射,可用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层。腐蚀剂常用稀HNO3和HF的混合液。硅表面首先形成SiO2,最后转化成H2SiF6。用化学方程式表示SiO2转化为H2SiF6的过程                     。
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(2)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.5×10-16,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,三种难溶盐的饱和溶液中,Ag+浓度大小的顺序为               。

(18分)碳、氮、硫是中学化学重要的非金属元素,在工农业生产中有广泛的应用。
(1)用于发射“天宫一号”的长征二号F火箭的燃料是液态偏二甲肼(CH3-NH-NH-CH3),氧化剂是液态四氧化二氮。二者在反应过程中放出大量能量,同时生成无毒、无污染的气体。已知室温下,1 g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ,请写出该反应的热化学方程式________________________________________。
(2)298 K时,在2L的密闭容器中,发生可逆反应:2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-a kJ·mol-1 (a>0) 。N2O4的物质的量浓度随时间变化如图。达平衡时, N2O4的浓度为NO2的2倍,回答下列问题。

①298k时,该反应的平衡常数为________ L ·mol-1。
②下列事实能判断该反应处于平衡状态的是     
a.混合气体的密度保持不变 
b.混合气体的颜色不再变化
c. V(N2O4)正=2V(NO2)逆
③若反应在398K进行,某时刻测得n(NO2)="0.6" mol  n(N2O4)=1.2mol,则此时
V(正)   V(逆)(填“>”“<”或“=”)。
(3)NH4HSO4在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。现向100 mL 0.1 mol·L-1NH4HSO4溶液中滴加0.1 mol·L-1NaOH溶液,得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。

试分析图中a、b、c、d、e五个点,
①水的电离程度最大的是__________;
②其溶液中c(OH-)的数值最接近NH3·H2O的电离常      
数K数值的是    ;
③在c点,溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序
是__________。

甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇。
I:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)   △H=+206.0kJ?molˉ1
II:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)   △H=-129.0kJ?molˉ1
(1)CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为             。
(2)将1.0mol CH4和1.0mol H2O(g)通入容积为100 L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图。

①假设100℃时达到平衡所需构时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为               。
②1000C时反应I的平衡常数为                 。
(3)在压强为0.1 MPa、温度为300℃条件下,将a molCO与2a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇,平衡后将容器舶容积压缩到原来的1/2,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是             (填字母序号)。

A.平衡常数K增大B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH的物质的量增加D.重新平衡c(H2)/c(CH3OH)减小
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将CO2+氧化成CO3+,然后以CO3+做氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化。若下图装置中的电源为甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池,则电池正极的电极反应式:                       ,该电池工作时,溶液中的OHˉ向        极移动。净化含1mol甲醇的水,燃料电池转移电子        mol。

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