题目内容

甲醇是一种可再生能源,在日常生活中有着广泛的应用.工业上用CO生产燃料甲醇,如:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).图1表示反应中能量的变化;图2表示一定温度下,在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化.

请回答下列问题:
(1)图表示使用和未使用催化剂时反应过程和能量的对应关系.下列有关催化剂的说法不正确是
 

A.降低分子的能量      
B.增加了活化分子数
C.提高了活化分子百分数   
D.增加了单位体积内的活化分子数
(2)从反应开始到建立平衡,用H2表示的净反应平均速率(v净=v正-v逆)v(H2)=
 
,该过程中释放
 
kJ热量.该温度T1℃下CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的化学平衡常数为
 
(填具体数值).
(3)在T2℃下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,达平衡后,测得c(CO)=0.2mol?L-1,则CO的转化率为
 
.比较:T2
 
T1 (填“>”、“<”或“=”).
(4)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,通过反应进行甲醇合成,T3℃下此反应的平衡常数为160.此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质COH2CH3OH
浓度/(mol?L-1)0.10.20.4
比较此时正、逆反应速率的大小:v正
 
v逆 (填“>”、“<”或“=”).生产过程中,合成气要进行循环,其目的是
 
.
(5)如图3为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图如.电池总反应为2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O.在电脑的使用过程中,电池的温度往往因为各种原因会升高,试判断温度升高时该反应的平衡常数K将
 
(填:“增大”、“减小”或“不变”).温度升高
 
(填:“有利”或“不利于”)电池将化学能转化为电能.该装置中
 
(填:“a”或“b”)为电池的负极,该电极反应式为
 
.
考点:反应热和焓变,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)使用催化剂通过改变反应的历程,降低反应的活化能,增加了活化分子数目及其百分含量而加快反应速率;
(2)依据图1写出反应的热化学方程式,依据热化学方程式计算生成0.75mol/L×2L=1.5mol乙醇放出的热量;
由图2计算用CO表示的反应速率,再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率,利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数;
(3)根据起始量和平衡量计算转化率,计算T2时K值,比较K1和K2判断T1和T2大小;
(4)计算此时的浓度商Qc,与平衡常数比较,判断反应进行的方向;
生产过程中,合成气要进行循环,提高原料的利用率;
(5)2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O为放热反应,升高温度平衡向逆向移动,据此判断K变化;
依据氢离子的移动方向判断燃料电池的电极,负极发生氧化反应,正极发生还原反应.
解答: 解:(1)使用催化剂通过改变反应的历程,降低反应的活化能,增加了活化分子数目及其百分含量而加快反应速率;
故选:A;
(2)依据图1写出反应的热化学方程式:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-91KJ/mol,
依据图2可知反应达到平衡时生成乙醇1.5mol,反应热为:-91KJ/mol×1.5mol=-136.5KJ/mol,放出热量136.5KJ;
由图2可知,反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L,10min时达到平衡,
所以V(CO)=
0.75mol/L
10min
=0.075mol?L-1?min-1,反应速率之比等于化学计量数之比,所以V(H2)=2V(CO)=0.075mol?L-1?min-1×2=0.15mol?L-1?min-1,
依据方程式:
     CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
开始 1mol/L     2mol/L              0
转化 0.75mol/L   1.5mol/L        0.75mol/L
平衡 0.25mol/L   0.5mol/L         0.75mol/L
所以该反应的化学平衡常数K=
0.75mol/L
0.25mol/L×(0.5mol/L)2
=12 L2?mol-2,
故答案为:0.15mol?L-1?min-1;136.5;12 (L2?mol-2);
(3)达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol,
所以CO的转化率为
1.6mol
2.0mol
×100%=80%,
      CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始:1mol/L   3mol/L      0
转化:0.8mol/L  1.6mol/L 0.8mol/L
平衡:0.2mol/L  1.4mol/L 0.8mol/L
则K′=
0.8mol/L
0.2mol/L×(1.4mol/L)2
=2.041(mol/L)-2,
反应为放热反应,K>K′,温度升高平衡向逆向移动,所以T2>T1;
故答案为:80%;>;
(4)由表中数据可知,10min时氢气的浓度为0.2mol/L、CO的浓度为0.1mol/L、甲醇的浓度为0.4mol/L,则此时的浓度商Qc=
0.4
0.22×0.1
=100,小于平衡常数160,故反应向正反应方向进行,故V正>V逆;
生产过程中,合成气要进行循环,提高原料的利用率;
故答案为:>;提高原料利用率;
(5)2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O为放热反应,升高温度平衡向逆向移动,该反应的平衡常数K将减小,不利用电池将化学能转化为电能;
依据氢离子移向可知b电极为正极,a电极为负极,负极发生氧化反应,甲醇在b极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为:CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+;
故答案为:减小;不利;a;CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+.
点评:本题涉及电化学、热化学以及化学反应速率和平衡的综合知识的考查,注意化学平衡常数的计算及其意义,题目难度中等.
练习册系列答案
相关题目

(Ⅰ)图甲和乙是某学校王老师制备NH3并进行性质实验时的改进装置.按图甲把仪器安装好,称取2g 固体氯化铵装入试管底部,再快速称取2g 氢氧化钠覆盖在氯化铵上方;立即用带有滴管的塞子塞紧(滴管预先吸入约2mL 浓氨水);烧杯内盛滴有酚酞试液的水:把浓氨水滴入试管里,可立即观察到试管内发生剧烈反应,有大量气泡.
将上述中收满NH3的圆底烧瓶取下,改装成图乙所示的装置,胶头滴管内事先预吸入2mLH2O,此时小气球系在玻璃棒上呈自然松驰状态;将滴管内的水慢慢滴入烧瓶中,轻轻晃动烧瓶,通过观察实验现象便可以验证NH3 的某个性质.按要求回答下列问题:
(1)中学化学教材中是用与制O2相同的制备装置来加热制取NH3的,该化学方程式为:
 

(2)下面是某同学关于王老师能用图甲制取NH3的原因分析,有道理的是
 
.
①在NH3?H2O 中有平衡NH3+H2O?NH3?H2O?NH
 
+
4
+OH-,NaOH使平衡向左移动
②在NH3?H2O 中有平衡NH3+H2O?NH3?H2O?NH
 
+
4
+OH-,NH4Cl使平衡向左移动
③Na0H溶于水时放热,使体系的温度升高,NH3的溶解度减小
④NH4Cl与NaOH 在此情况下可反应生成NH3,即NH
 
+
4
+OH-
  △  
.
 
NH3↑+H2O
⑤NH4Cl 会分解释放出NH3
(3)图甲中的NH4Cl 与NaOH 固体混合物能否用CaO固体代替
 
(填”能”与”不能”)
(4)如何判断图甲中烧瓶己收满NH3?
 

(5)图乙中胶头滴管中的水挤入烧瓶后,观察到的现象是
 
它说明了NH3
 

(Ⅱ)如图2所示:在B槽中装有500mL水,容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况),将试管A倒插入B槽的水中.充分反应后,试管A中余下气体的体积为0.5a mL,则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为
 

通过导气管C往余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气,A中可能观察到的现象是:
 

当试管A中充满气体时停止通入氧气,然后将试管取出水槽,水槽B中溶液的物质的量浓度为
 
mol?L-1(设溶液的体积仍为500mL)

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网