题目内容

碳及其化合物有广泛的用途。

(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1,

以上反应达到平衡后,在体积不变的条件下,以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是________。(填序号)

A.升高温度 B.增加碳的用量 C.加入催化剂 D.用CO吸收剂除去CO

(2)已知:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·mol-1,则CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的焓变ΔH=________。

(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。甲醇是一种燃料,可利用甲醇设计一个燃料电池,用稀硫酸作电解质溶液,多孔石墨作电极,该电池负极反应式为__________________________________。

若用该电池提供的电能电解60 mL NaCl溶液,设有0.01 mol CH3OH完全放电,NaCl足量,且电解产生的Cl2全部逸出,电解前后忽略溶液体积的变化,则电解结束后所得溶液的pH=________。

(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0 L的恒容密闭容器中,发生以下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。得到如下数据:

温度/℃

起始量/mol

平衡量/mol

达到平衡所需时间/min

H2O

CO

H2

CO

 

900

1.0

2.0

0.4

1.6

3.0

 

通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字)________。改变反应的某一条件,反应进行到t min时,测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)__________________________

(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。实验室模拟化工生产,分别在不同实验条件下反应,N2浓度随时间变化如图甲所示。

 

请回答下列问题:

①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ改变的条件为________________________________。

②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高,其他条件相同,请在图乙中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。

 

(1)AD

(2)-41.2 kJ·mol-1

(3)CH3OH(g)+H2O-6e-=CO2+6H+ 14

(4)K==0.17 3CO2+5OH-=2CO32—+HCO3—+2H2O

(5)①使用催化剂

②

【解析】(1)该反应为吸热反应,升高温度,平衡向右移动,反应物平衡转化率升高,A项正确;增加固体反应物的量不会引起平衡的移动,B项错误;催化剂不能使平衡移动,C项错误;生成物浓度降低,平衡向正反应方向移动,反应物平衡转化率升高,D项正确。(2)根据盖斯定律,方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)与C(s)+CO2(g)??2CO(g)相减可得CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g),则ΔH=+131.3 kJ·mol-1-172.5 kJ·mol-1=-41.2 kJ·mol-1。(3)电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,酸性条件下,正极反应为O2+4H++4e-=2H2O,总反应减去正极反应可得负极反应为CH3OH(g) +H2O-6e-=CO2 +6H+;0.01 mol CH3OH完全放电可提供0.06 mol电子,则电解NaCl溶液时电路中流过的电子为0.06 mol,生成OH-的物质的量为0.06 mol,溶液中c(OH-)=1 mol/L,pH=14。

(4)由题目所给数据可知:

CO(g) + H2O(l)??CO2(g) + H2(g)  

起始量 2.0 mol 1.0 mol 0 0

转化的量 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol

平衡量 1.6 mol 0.6 mol 0.4 mol 0.4 mol

平衡浓度 0.8 mol/L 0.3 mol/L 0.2 mol/L 0.2 mol/L

则K=≈0.17;由题意可知,CO2和NaOH的物质的量之比为3∶5,可知产物中CO32—和HCO3—共存。(5)①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ中反应速率加快且反应物平衡转化率没有改变,故改变的条件为使用了催化剂;②温度升高,达到平衡的时间缩短,则在曲线中早到达拐点;该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故生成物浓度降低

 

练习册系列答案
相关题目

CH4、H2、C都是优质的能源物质,它们燃烧的热化学方程式为:

①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,

③C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1。

(1)在深海中存在一种甲烷细菌,它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活,甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO2气体与液态水,放出的能量________(填“>”“<”或“=”)890.3 kJ。

(2)甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2=2CO+2H2,1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量,则:

①下图能表示该反应过程中能量变化的是________(填字母)。

 

②若将物质的量均为1 mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中,体系放出的热量随着时间的变化如图所示,则CH4的转化率为________。

 

(3)C(s)与H2(g)不反应,所以C(s)+2H2(g)=CH4(g)的反应热无法直接测量,但通过上述反应可求出,C(s)+2H2(g)=CH4(g)的反应热ΔH=________。

(4)目前对于上述三种物质的研究是燃料研究的重点,下列关于上述三种物质的研究方向中可行的是________(填字母)。

A.寻找优质催化剂,使CO2与H2O反应生成CH4与O2,并放出热量

B.寻找优质催化剂,在常温常压下使CO2分解生成碳与O2

C.寻找优质催化剂,利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气(CO、H2)

D.将固态碳合成为C60,以C60作为燃料

 

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