题目内容
【题目】研究CO和CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。请回答下列问题:
(1)利用CO和H2在一定条件下可合成甲醇,发生反应: CO(g)+ 2H2(g)
CH3OH(g),其两种反应过程中能量的变化曲线如图中a、b所示,下列说法正确的是_____(填字母)。
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A.上述反应的△H= -91 kJ·mol-1
B.该反应自发进行的条件为高温
C. b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和H
D. b过程的反应速率:第Ⅱ阶段>第Ⅰ阶段
(2)若反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)在温度不变且体积恒定为1L密闭容器中发生,反应过程中各物质的物质的量随时间变化见表所示:
时间/min | 0 | 5 | 10 | 15 |
H2 | 4 | 2 | ||
CO | 2 | 1 | ||
CH3OH(g) | 0 | 0.7 |
①下列各项能作为判断该反应达到平衡标志的是_______(填字母)
A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)
B. CO与CH3OH的物质的量之比保持不变
C.混合气的平均相对分子质量保持不变
D.混合气体的密度保持不变
②若起始压强为P0kPa,反应速率若用单位时间内分压的变化表示,则10 min内H2的反应速率v(H2)=_____kPa/min;该温度下反应的平衡常数Kp=______。(分压=总压×物质的量分数)。
(3)甲和乙两个恒容密闭容器的体积相同,向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 molH2,测得不同温度下CO的平衡转化率如图所示,则L、M两点容器内平衡常数:K(M)_____ K(L); 压强:p(M)__2p(L)。(填“>”“<”或“=”)
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(4)以纳米二氧化钛为工作电极,稀硫酸为电解质溶液,在一定条件下通入CO2进行电解,在阴极可制得低密度聚乙烯(
)。电解时,阴极的电极反应式是_________。
【答案】AD BC
kPa-2(可不带单位) < > 2nCO2+12ne-+12nH+=
+4nH2O
【解析】
(1)A.对于反应CO(g)+ 2H2(g)
CH3OH(g),根据反应过程中能量的变化图可得△H=正反应的活化能-逆反应的活化能=419 kJ·mol-1-510 kJ·mol-1= -91 kJ·mol-1,A项正确;
B.该反应正向是气体粒子数目减小的反应,属于熵减过程△S<0,根据△G=△H-T△S,△G<0可自发,需要低温环境才可以自发,B项错误;
C.b过程使用催化剂后降低了反应的活化能,但是H只与反应始末状态有关,与反应途径无关,H故不变,C项错误;
D.b过程中第I阶段正反应活化能较高,故活化分子的百分含量较低,因此化学反应速率较慢,b过程的反应速率:第I阶段<第Ⅱ阶段,D项正确。
故说法正确的选AD。
(2) ①A.对于反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g),当v正(H2)=2v逆(CH3OH)时,反应到达平衡,2v正(H2)=v逆(CH3OH),正逆反应各物质速率不成比例,未达到平衡,故A项错误;
B.反应物CO与生成物CH3OH的物质的量之比从开始反应逐渐减小,若保持不变可以说明达到平衡,B项正确;
C.混合气的平均相对分子质量数值上等于摩尔质量M=
,因为质量守恒m不变,该反应正向是气体粒子数目较小方向,n会减小,M会增大,达到平衡之后M不变,故C项正确;
D.混合气体的密度=
,m不变容器体积固定,则混合气体的密度是个定值,一直不变,不能做平衡的判定依据,D项错误;
故能作为判断该反应达到平衡标志的是BC;
②同温1L容器中,气体的物质的量与压强呈正比,初始加入2 mol CO和4 molH2,混合气体共6mol,起始压强为P0kPa,则起始氢气的分压
P0kPa,反应10 min H2的物质的量为2mol,是原来氢气物质的量的一半,反应10 min H2的分压
P0kPa,故10 min内H2的反应速率v(H2)=
=
=
kPa/min;反应10 min H2的物质的量为2mol,CO的物质的量为1mol,生成的甲醇为1mol,混合气体共4mol
=
=
,得
=![]()
kPa,则平衡时H2的分压P
=0.5×![]()
=![]()
kPa,同理P
= P
=0.25×![]()
=![]()
kPa,该温度下平衡常数Kp=
=
=
kPa-2;
(3)根据CO的平衡转化率-T-P图分析,其他条件不变(观察甲或者乙),升高温度,CO的平衡转化率降低,根据平衡移动原理该可逆反应的正反应是放热的,则K值随温度升高而降低,由于甲和在在温度不变的时候平衡常数是相同的,故L、M两点容器内平衡常数:K(M)<K(L);向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 molH2,在相同转化率的情况下,平衡时刻乙的总物质的量等于甲总物质的量的2倍,由气体状态方程PV=nRT,温度越高气体的压强越大,故压强:p(M)>2p(L);
(4)通入CO2进行在硫酸电解质中电解,在阴极可制得低密度聚乙烯(
),2nCO2→
,碳元素化合价从+4降到-2,每个碳得6个电子,2nCO2共得12n个电子,则阴极的电极反应式是2nCO2+12ne-+12nH+=
+4nH2O。
【题目】Ⅰ.室温下,将一元酸HA的溶液和KOH溶液等体积混合(忽略混合后溶液的体积变化),实验数据如下表:
实验序号 | 起始浓度/(mol·L-1) | 反应后溶液的pH | |
c(HA) | c(KOH) | ||
① | 0.1 | 0.1 | 9 |
② | x | 0.2 | 7 |
请回答:
(1)HA溶液和KOH溶液反应的离子方程式为________。
(2)实验①反应后的溶液中由水电离出的c(OH-)=________mol·L-1;x________0.2mol·L-1(填“>”“<”或“=”)。
(3)下列关于实验②反应后的溶液说法不正确的是________(填字母)。
a.溶液中只存在着两个平衡
b.溶液中:c(A-)+c(HA)>0.1mol·L-1
c.溶液中:c(K+)=c(A-)>c(OH-)=c(H+)
Ⅱ.已知2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) ΔH=-572kJ·mol-1。某氢氧燃料电池以疏松多孔石墨棒为电极,KOH溶液为电解质溶液。
(4)写出该电池工作时负极的电极反应式________。
(5)若该氢氧燃料电池每释放228.8kJ电能时,会生成1mol液态水,则该电池的能量转化率为________。