题目内容

【题目】CO2既是温室气体,也是重要的化工原料,二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

(1)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物,某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+ 2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H,在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

浓度/(mol/L)/时间/min

0

10

20

30

40

NO

2.0

1.16

0.40

0.40

0.6

N2

0

0.42

0.80

0.80

1.2

CO2

0

0.42

080

0.80

1.2

①根据图表数据分析T1℃时,该反应在0~10min内的平均反应速率v(N2)=___mol·L-1·min-1;计算该反应的平衡常数K=__。

②若30min后只改变某一条件,据上表中的数据判断改变的条件可能是__(填字母编号)。

A.加入合适的催化剂 B.适当缩小容器的体积

C.通入一定量的NO D.加入一定量的活性炭

③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2:3:3,则达到新平衡时NO的转化率___(填“升高”或“降低”),△H__0(填“>”或“<”)。

(2)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.1kJ·mol-1

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-24.5kJ·mol-1

写出CO2(g)和H2(g)转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式___。

(3)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。

①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中c(CO32-):c(HCO3-)=__。[常温下K1(H2CO3)=4.4×10-7、K2(H2CO3)=5×10-11]。

② 欲用5L Na2CO3溶液将23.3 g BaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为_________。[已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10-7、Ksp(BaCO3)=2.5×10-6]。(忽略溶液体积积的变化)

【答案】0.042 4.0 BC 降低 < 2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-122.7kJ·mol-1 1:2 0.52mol/L

【解析】

(1)①根据化学反应速率公式v=和平衡常数公式K=计算;

②根据影响平衡移动的因素判断;

③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40:0.80:0.80=1:2:2,升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2:3:3,即升高温度平衡向逆反应方向移动,则达到新平衡时NO的转化率降低,逆反应为吸热反应,ΔH<0;

(2)将反应编号,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.1 kJ·mol-1(①式)

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-24.5 kJ·mol-1(②式)

应用盖斯定律,①式×2+②可得答案;

(3)①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中氢离子浓度是10-10mol/L,根据碳酸的第二步电离平衡常数可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)==1:2;

②硫酸钡的物质的量是23.3g÷233g/mol=0.1mol,消耗碳酸钠是0.1mol。根据方程式BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可以解答。

(1)①在0~10min内的平均反应速率υ(N2)=(0.42mol/L-0mol/L)÷10min=0.042mol/(L·min)。20min~30min各物质的物质的量浓度不变,说明反应已经达到平衡,即平衡时NO、N2、CO2物质的量浓度依次为0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L,该反应的平衡常数K===4.0;

②30min后改变一个条件,40min时NO、N2、CO2的浓度都变为30min时的1.5倍。A项,加入合适的催化剂,平衡不移动,各物质物质的量浓度不变,不可能;B项,适当缩小容器的体积,平衡不移动,但各物质物质的量浓度成比例增大,可能;C项,通入一定量的NO,由于C是固体,相当于增大压强,平衡不移动,但各物质物质的量浓度成比例增大,可能;D项,加入一定量的活性炭,由于C是固体,平衡不移动,各物质物质的量浓度不变,不可能;答案选BC;

③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40:0.80:0.80=1:2:2,升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2:3:3,即升高温度平衡向逆反应方向移动,则达到新平衡时NO的转化率降低,逆反应为吸热反应,ΔH<0;

(2)将反应编号,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.1 kJ·mol-1(①式)

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-24.5 kJ·mol-1(②式)

应用盖斯定律,①式×2+②式得2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=2ΔH1+ΔH2=2×(-49.1kJ/mol)+(-24.5kJ/mol)=-122.7kJ/mol,反应的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=-122.7kJ/mol;

(3)①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中氢离子浓度是10-10mol/L,根据碳酸的第二步电离平衡常数可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)==1:2;

②硫酸钡的物质的量是23.3g÷233g/mol=0.1mol,消耗碳酸钠是0.1mol。根据方程式BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知反应后溶液中硫酸根的浓度是0.1mol÷5L=0.02mol/L,则碳酸根的浓度是,所以所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为0.5mol/L+=0.52mol/L。

练习册系列答案
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回答下列问题:

(1)流程中“①”加入的稀硫酸需稍过量,其目的是________________;若要从所得溶液中得到绿矾FeSO4·7H2O,必须进行的实验操作是________(按顺序填写)。

a.过滤洗涤 b.蒸发浓缩 c.冷却结晶 d.灼烧 e.干燥

(2)流程中“②”需过滤分离,则加入H2C2O4发生反应的化学方程式为__________。

(3)流程中“③”需控制溶液温度不高于40 ℃,理由是________________;该步反应的化学方程式为________________________;得到K3[Fe(C2O4)3]溶液后,加入乙醇,然后进行过滤,加入乙醇的理由是________________________________。

(4)所得晶体中C2O42-含量的测定可用酸性KMnO4标准溶液滴定。滴定过程中发现,开始时滴入1滴KMnO4标准溶液,紫红色褪去很慢,滴入一定量后,紫红色很快褪去,原因可能是______。

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①分解得到的气体产物用如下装置进行实验:

检查装置气密性后,先通一段时间的N2,其目的是____________________;结束实验时,先熄灭酒精灯再通入N2至常温。实验过程中观察到B、F中澄清石灰水都变浑浊,E中有红色固体生成,则分解得到的气体产物是______________。

②分解得到的固体产物含有K2CO3、FeO、Fe,加水溶解、过滤、洗涤、干燥,得到含铁样品。现设计下列两种实验方案对该样品进行铁元素含量测定:

(甲)

(乙) 酸性KMnO4溶液V mL

你认为以上________(填“甲”或“乙”)方案可确定样品的组成,测得铁元素的含量是________。

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