题目内容
CO是常见的化学物质,在工业生产中用途很广泛.
(1)已知:某些反应的热化学方程式如下:
2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g)△H=+90.4kJ?mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-556.0kJ?mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ?mol-1
请写出用CO除去空气中SO2,生成S(g)及CO2热化学方程式
(2)某燃料电池以CO为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态的K2CO3为电解质,请写出该燃料电池正极的电极反应式 ;
(3)在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容,使之发生反应:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g);△H=-dJ?mol-1(d>0).初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如下:
①该温度下此反应的平衡常数K为 .
②三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是 (填序号).
A.α1+α2=1 B.Q1+Q2=dC.α3<α1 D.P3>2P1=2P2E.n2<n3<1.0mol F.Q3<2Q1
③在其他条件不变的情况下,将甲容器的体系体积压缩到1L,若在第8min达到新的平衡,从开始到新平衡时H2的转化率为65.5%,请在右图中画出第5min 到新平衡时CH3OH的物质的量浓度的变化曲线.
(4)实验室常用甲酸(一元酸)来制备CO.已知25℃时,0.l mol/L甲酸( HCOOH)溶液和0.l mo1/L乙酸溶液的pH分别为2.3和2.9.现有相同物质的量浓度的下列四种溶液:①HCOONa溶液 ②CH3COONa溶液③Na2CO3④NaHCO3溶液,其pH由大到小的顺序是 (填写溶液序号).关于0.l mo1/L HCOOH溶液和0.l mo1/LHCOONa等体积混合后的溶液描述正确的是 .
a.c(HCOOˉ)>c(HCOOH)>c(Na+)>c(H+)
b.c(HCOOˉ)+c(HCOOH)=0.2mo1/L
c.c(HCOOˉ)+2c(OHˉ)=c(HCOOH)+2c(H+)
d.c(HCOOˉ)>c(Na+)>c(H+)>c(OHˉ)
(1)已知:某些反应的热化学方程式如下:
2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g)△H=+90.4kJ?mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-556.0kJ?mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ?mol-1
请写出用CO除去空气中SO2,生成S(g)及CO2热化学方程式
(2)某燃料电池以CO为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态的K2CO3为电解质,请写出该燃料电池正极的电极反应式
(3)在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容,使之发生反应:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g);△H=-dJ?mol-1(d>0).初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如下:
| 实验 | 甲 | 乙 | 丙 |
| 初始投料 | 2molH2、1molCO | 1mol CH3OH | 4molH2、2molCO |
| 平衡时n(CH3OH ) | 0.5mol | n2 | n3 |
| 反应的能量变化 | 放出Q1kJ | 吸收Q2kJ | 放出Q3kJ |
| 体系的压强 | P1 | P2 | P3 |
| 反应物的转化率 | α1 | α2 | α3 |
②三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是
A.α1+α2=1 B.Q1+Q2=dC.α3<α1 D.P3>2P1=2P2E.n2<n3<1.0mol F.Q3<2Q1
③在其他条件不变的情况下,将甲容器的体系体积压缩到1L,若在第8min达到新的平衡,从开始到新平衡时H2的转化率为65.5%,请在右图中画出第5min 到新平衡时CH3OH的物质的量浓度的变化曲线.
(4)实验室常用甲酸(一元酸)来制备CO.已知25℃时,0.l mol/L甲酸( HCOOH)溶液和0.l mo1/L乙酸溶液的pH分别为2.3和2.9.现有相同物质的量浓度的下列四种溶液:①HCOONa溶液 ②CH3COONa溶液③Na2CO3④NaHCO3溶液,其pH由大到小的顺序是
a.c(HCOOˉ)>c(HCOOH)>c(Na+)>c(H+)
b.c(HCOOˉ)+c(HCOOH)=0.2mo1/L
c.c(HCOOˉ)+2c(OHˉ)=c(HCOOH)+2c(H+)
d.c(HCOOˉ)>c(Na+)>c(H+)>c(OHˉ)
考点:化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理
专题:
分析:(1)根据盖斯定律判断;
(2)燃料电池中,正极发生的反应一定是氧气得电子的过程;电池是以熔融碳酸盐为电解质,可以循环利用的物质只有二氧化碳;
(3)发生反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),
①利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算平衡常数;
②A.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为amol,表示出甲中CO转化率、乙中甲醇的转化率,据此计算判断;
B.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为bmol,根据热化学方程式表示出甲中放出热量Q1、乙中吸收的热量Q2,据此计算判断;
C.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍;
D.甲、乙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,二者压强等效,丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍;
E.结合D中的分析解答;
F.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍;
③根据已知条件求出甲醇在5min和8min时的物质的量浓度,然后再作图即可;
(4)根据盐类的水解程度来确定溶液中pH大小,酸的酸性越弱则酸的酸根离子水解程度越大,则相同浓度的钠盐溶液其pH越大.
(2)燃料电池中,正极发生的反应一定是氧气得电子的过程;电池是以熔融碳酸盐为电解质,可以循环利用的物质只有二氧化碳;
(3)发生反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),
①利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算平衡常数;
②A.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为amol,表示出甲中CO转化率、乙中甲醇的转化率,据此计算判断;
B.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为bmol,根据热化学方程式表示出甲中放出热量Q1、乙中吸收的热量Q2,据此计算判断;
C.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍;
D.甲、乙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,二者压强等效,丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍;
E.结合D中的分析解答;
F.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍;
③根据已知条件求出甲醇在5min和8min时的物质的量浓度,然后再作图即可;
(4)根据盐类的水解程度来确定溶液中pH大小,酸的酸性越弱则酸的酸根离子水解程度越大,则相同浓度的钠盐溶液其pH越大.
解答:
解:(1)由①2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g)△H=+90.4kJ?mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-556.0kJ?mol-1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ?mol-1;
根据盖斯定律反应①+②-③可得到2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g)△H=+18.0kJ?mol-1;
故答案为:2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g)△H=+18.0kJ?mol-1;
(2)该电池中,正极反应一定是氧气得电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-),
故答案为:O2+4e-+2CO2═2CO32-;
(3)①CO的起始浓度=
=0.5mol/L,氢气的起始浓度=
=1mol/L,达到平衡时c(CH3OH)=
=0.25mol/L,则:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始(mol/L):0.5 1 0
变化(mol/L):0.25 0.5 0.25
平衡(mol/L):0.25 0.5 0.25
所以:平衡常数K=
=4,
故答案为:4;
②A.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为amol,甲中CO转化率α1=
=1-a,平衡时甲醇的物质的量=(1-a)mol,乙中参加反应的甲醇为amol,乙中的转化率α2=a,故α1+α2=1,故A正确;
B.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为bmol,则甲中参加反应的CO为(1-b)mol,放出的热量Q1=d(1-b),乙中参加反应的甲醇为bmol,吸收的热量Q2=bd,故Q1+Q2=d(1-b)+bd=d,故B正确;
C.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应方向移动,转化率增大,即α3>α1 ,故C错误;
D.甲、乙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,二者压强等效,丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍,故压强P3<2P1=2P2 ,故D错误;
E.由D中分析可知,n2=0.5,n3>1.0mol,故E错误;
F.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍,则Q3>2Q1,故F错误,
故答案为:AB;
③将甲容器的体系体积压缩到1L,若在第8min 达到新的平衡时,
2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)
初始量(mol):2 1 0
变化量(mol):1.31 0.652 0.652
平衡量(mol):0.69 0.348 0.652
所以达到平衡时,甲醇的物质的量浓度是0.652mol/L,在第5min时,由于体积减半,所以甲醇的浓度应该加倍,即为0.25mol/L×2=0.5mol/L,所以5-8min内,甲醇的物质的量浓度从0.5mol/L升高到0.652mol/L,如图所示:
;
故答案为:
;
(4)强碱弱酸盐中对应的酸性越强,水解程度越小,碳酸的酸性小于醋酸的,溶液pH的大小顺序是③④②①;
0.l mo1/L HCOOH溶液和0.l mo1/LHCOONa等体积混合后的溶液中,甲酸的电离程度大于甲酸钠的水解程度,
a.甲酸的电离程度大于甲酸钠的水解程度,c(Na+)>c(HCOOH),故a错误;
b.混合以后,体积加倍,根据物料守恒c(HCOOˉ)+c(HCOOH)=0.1mo1/L=2c(Na+),故b错误;
c.将物料守恒和电荷守恒联立,可得c(HCOOˉ)+2c(OHˉ)=c(HCOOH)+2c(H+),故c正确;
d.根据电荷守恒c(HCOOˉ)+c(OHˉ)=c(Na+)+c(H+),溶液呈酸性,所以c(H+)>c(OHˉ),故c(HCOOˉ)>c(Na+)>c(H+)>c(OHˉ),故d正确.
故答案为:③④②①;cd.
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-556.0kJ?mol-1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ?mol-1;
根据盖斯定律反应①+②-③可得到2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g)△H=+18.0kJ?mol-1;
故答案为:2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g)△H=+18.0kJ?mol-1;
(2)该电池中,正极反应一定是氧气得电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-),
故答案为:O2+4e-+2CO2═2CO32-;
(3)①CO的起始浓度=
| 1mol |
| 2L |
| 2mol |
| 2L |
| 0.5mol |
| 2L |
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始(mol/L):0.5 1 0
变化(mol/L):0.25 0.5 0.25
平衡(mol/L):0.25 0.5 0.25
所以:平衡常数K=
| 0.25 |
| 0.25×0.52 |
故答案为:4;
②A.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为amol,甲中CO转化率α1=
| 1-a |
| 1 |
B.甲、乙为等效平衡,平衡时CO的物质的量相等,令平衡时CO为bmol,则甲中参加反应的CO为(1-b)mol,放出的热量Q1=d(1-b),乙中参加反应的甲醇为bmol,吸收的热量Q2=bd,故Q1+Q2=d(1-b)+bd=d,故B正确;
C.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应方向移动,转化率增大,即α3>α1 ,故C错误;
D.甲、乙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,二者压强等效,丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍,故压强P3<2P1=2P2 ,故D错误;
E.由D中分析可知,n2=0.5,n3>1.0mol,故E错误;
F.丙与甲相比,可以等效为在甲的基础上,压强增大一倍,平衡向正反应移动,丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍,则Q3>2Q1,故F错误,
故答案为:AB;
③将甲容器的体系体积压缩到1L,若在第8min 达到新的平衡时,
2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)
初始量(mol):2 1 0
变化量(mol):1.31 0.652 0.652
平衡量(mol):0.69 0.348 0.652
所以达到平衡时,甲醇的物质的量浓度是0.652mol/L,在第5min时,由于体积减半,所以甲醇的浓度应该加倍,即为0.25mol/L×2=0.5mol/L,所以5-8min内,甲醇的物质的量浓度从0.5mol/L升高到0.652mol/L,如图所示:
故答案为:
(4)强碱弱酸盐中对应的酸性越强,水解程度越小,碳酸的酸性小于醋酸的,溶液pH的大小顺序是③④②①;
0.l mo1/L HCOOH溶液和0.l mo1/LHCOONa等体积混合后的溶液中,甲酸的电离程度大于甲酸钠的水解程度,
a.甲酸的电离程度大于甲酸钠的水解程度,c(Na+)>c(HCOOH),故a错误;
b.混合以后,体积加倍,根据物料守恒c(HCOOˉ)+c(HCOOH)=0.1mo1/L=2c(Na+),故b错误;
c.将物料守恒和电荷守恒联立,可得c(HCOOˉ)+2c(OHˉ)=c(HCOOH)+2c(H+),故c正确;
d.根据电荷守恒c(HCOOˉ)+c(OHˉ)=c(Na+)+c(H+),溶液呈酸性,所以c(H+)>c(OHˉ),故c(HCOOˉ)>c(Na+)>c(H+)>c(OHˉ),故d正确.
故答案为:③④②①;cd.
点评:本题考查较为综合,涉及化学平衡的计算、原电池等,题目难度较大,(3)中③题为易错点,要准确理解等效平衡问题,注意对结论的理解掌握.
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