题目内容
8.能源和环境保护是世界各国关注的热点话题.请回答下列问题:Ⅰ.目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题.甲烷自热重整是一种先进的制氢方法,其反应方程式为CH4(g)+H2O (g)=CO (g)+3H2(g).
阅读下图1,计算该反应的反应热△H=+161.1kJ•mol-1.
Ⅱ.收集和利用CO2是环境保护的热点课题.
500℃时,在容积为1L的密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,发生如下反应:
CO2(g)+3H2 (g)=CH3OH (g)+H2O (g)△H<0,测得CO2和CH3OH的浓度与时间的关系如图2所示.
(1)0~10min内v(H2)=0.225 mol/(L.min),A点含义是该条件下反应3min时c(CO2)=c(CH3OH).该反应平衡常数表达式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH).c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$.
(2)反应在500℃达到平衡后,改变反应温度为T,CH3OH的浓度以每分钟0.030mol/L逐渐增大,经5min又达到新平衡.T<(填“>”、“<”或“=”)500℃,判断理由是改变温度,甲醇的浓度增大,说明平衡正向移动,因为该反应的正反应是放热反应,则T<500℃.
(3)温度为T时,反应达到平衡后,将反应容器的容积增大一倍.平衡向逆(填“正”或“逆”)反应方向移动,判断理由是该反应的逆反应是气体分子数增大的反应,增大容器容积,相当于减小压强,平衡向气体分子数增大的方向移动.
Ⅲ.电化学法处理SO2是目前研究的热点.利用双氧水吸收SO2可消除SO2污染,设计装置如图3所示.
(1)石墨1为负极(填“正极”或“负极”);正极的电极反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O.
(2)若11.2L(标准状况)SO2参与反应,则迁移H+的物质的量为1mol.
分析 I.由能量图,得①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-846.3kJ•moL-1
②CO2(g)═CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)△H=+282kJ•moL-1
③$\frac{1}{2}$O2(g)+H2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJ•moL-1
①-③×3+②得CH4(g)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO(g)+3H2(g),焓变进行相应的计算;
II.(1)先计算二氧化碳的平均反应速率,再根据同一可逆反应中同一时间内各物质的反应速率等于其计量数之比计算氢气平均反应速率;A点说明该条件下该时间点两种物质的浓度相等;
化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物幂之积的比;
(2)升高温度平衡向吸热方向移动,降低温度,平衡向放热方向移动;
(3)体积增大,压强减小,平衡向气体体积增大的方向移动;
III.(1)该原电池中,通入二氧化硫的电极上失电子发生氧化反应,则通入二氧化硫的电极是负极、通入双氧水的电极是正极,正极上双氧水得电子生成水;
(2)n(SO2)=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol,根据转移电子和转移氢离子之间的关系式计算.
解答 解:Ⅰ(1)由能量图,得①CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)△H=-846.3kJ•moL-1
②CO2(g)═CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)△H=+282kJ•moL-1
③$\frac{1}{2}$O2(g)+H2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJ•moL-1
①-③×3+②得CH4(g)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO(g)+3H2(g)△H=(-846.3+241.8×3+282)kJ•moL-1=+161.1kJ•moL-1;故答案为:+161.1kJ/mol;
II.(1)0~10min内v(CO2)=$\frac{1.00-0.25}{10}$ mol/(L.min)=0.075 mol/(L.min),再根据同一可逆反应中同一时间内各物质的反应速率等于其计量数之比得v(H2)=3v(CO2)=3×0.075 mol/(L.min)=0.225mol/(L.min);A点说明该条件下反应3min时两种物质的浓度相等,即c(CO2)=c(CH3OH);
化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物幂之积的比,即K=$\frac{c(C{H}_{3}OH).c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$,
故答案为:0.225mol/(L.min);该条件下反应3min时c(CO2)=c(CH3OH);$\frac{c(C{H}_{3}OH).c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$;
(2)该反应的正反应是放热反应,改变反应温度为T,CH3OH的浓度以每分钟0.030mol/L逐渐增大,说明平衡正向移动,温度要低于500℃,
故答案为:<;改变温度,甲醇的浓度增大,说明平衡正向移动,因为该反应的正反应是放热反应,则T<500℃;
(3)该反应前后气体体积减小,体积增大,压强减小,平衡向气体体积增大的方向移动,即逆向移动,
故答案为:逆;该反应的逆反应是气体分子数增大的反应,增大容器容积,相当于减小压强,平衡向气体分子数增大的方向移动;
III.(1)该原电池中,通入二氧化硫的电极上失电子发生氧化反应,则通入二氧化硫的电极是负极、通入双氧水的电极是正极,正极上双氧水得电子生成水,电极反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O,
故答案为:负极;H2O2+2e-+2H+=2H2O;
(2)n(SO2)=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol,该反应的负极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+,正极电极反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O,有0.5mol二氧化硫参加反应,有2mol氢离子在正极上发生反应,则迁移H+的物质的量为反应的二氧化硫的2倍,为1mol,
故答案为:1mol.
点评 本题涉及化学平衡计算、反应热计算、原电池原理等知识点,为高频考点,侧重考查学生分析计算及知识综合运用能力,明确外界条件对化学平衡影响及电极反应式的书写方法是解本题关键,书写电极反应式要结合电解质溶液酸碱性,题目难度不大.
| A. | Na+、Mg2+、Cl-、I- | B. | Fe2+、Ba2+、S2-、Cl- | ||
| C. | Na+、Al3+、Cl-、HCO3- | D. | K+、Fe2+、Cl-、NO3- |
| A. | 向FeCl2溶液中通入Cl2反应生成FeCl3溶液:Fe2++Cl2═Fe3++2Cl- | |
| B. | CO2通入过量的NaOH溶液:CO2+OH-═HCO3- | |
| C. | 大理石溶于硝酸:CaCO3+2H+═Ca2++CO2↑+H2O | |
| D. | 碳酸钡和稀硫酸:BaCO3+2H+═Ba2++CO2↑+H2O |
| A. | 2 4 3 2 2 6 | B. | 0 2 1 0 1 2 | ||
| C. | 2 0 1 2 0 2 | D. | 2 2 2 2 1 4 |
| A. | 该反应为可逆反应 | B. | 加入催化剂,可提高HBr的产率 | ||
| C. | 反应物总能量低于生成物总能量 | D. | 反应物总键能低于生成物总键能 |
| A. | 装置可用于检验溴乙烷消去反应的产物 | |
| B. | 装置可用于放出碘的四氯化碳溶液 | |
| C. | 装置可用于吸收NH3防止倒吸 | |
| D. | 装置可用于实验室制备蒸馏水 |
| A. | CaCO3、BaSO4、Na2CO3 | B. | CuSO4、NaCl、NaCO3 | ||
| C. | NaCl、CuSO4、CaCO3 | D. | NaCl、KNO3、BaCl2 |