题目内容
10.(1)为探究用CO2来生产燃料甲醇的反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1T1温度下,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图.
请回答:
①从反应开始到平衡,氢气的反应速率v(H2)=0.225mol•L-1•min-1.
②能够说明该反应已达到平衡的是A(填字母序号,下同).
A.恒温、恒容时,容器内的压强不再变化
B.恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化
C.一定条件下,CO2、和CH3OH的浓度相等
D.一定条件下,单位时间内消耗3mol H2的同时生成1mol CH3OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大的是D.
A.加入催化剂 B.充入He(g),使体系压强增大
C.升高温度 D.将H2O(g)从体系中分离
④求此温度(T1)下该反应的平衡常数K1=5.33(计算结果保留三位有效数字).
⑤另在温度(T2)条件下测得平衡常数K2,已知T2>T1,则K2<K1(填“>”、“=”或“<”).
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2
则1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$(用含△H1、△H2的式子表示).
(3)用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池,该燃料电池的正极通入的物质是O2、CO2(填化学式)
分析 (1)①由图可知,10min到达平衡,平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L,由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L,结合v=$\frac{△c}{△t}$计算;
②可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质),平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,由此衍生的一些物理量不变;
③使平衡混合物中$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大应使平衡向正反应方向移动;
④K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比,结合平衡浓度计算;
⑤该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动;
(2)由盖斯定律可知,①-②得到2CH3OH(l)+2O2(g)═2CO(g)+4H2O(g);
(3)用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池,负极上甲醇失去电子,正极上氧气得到电子,且生成碳酸根离子.
解答 解::(1)①由图可知,10min到达平衡,平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L,由方程式CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O可知,氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L,氢气的反应速率v(H2)=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L-1•min-1,
故答案为:0.225 mol•L-1•min-1;
②A.反应前后气体的体积不等,所以压强一直在变,则当压强不变时能说明达到平衡,故A正确;
B.反应前后质量不变,体积也不变,所以密度一直不变,则混合气体的密度不再变化不能说明达到平衡,故B错误;
C.CO2、CH3OH的浓度相等,不能判断是否达到平衡,与转化率、起始量有关,故C错误;
D.单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH,都是指正反应方向,不能说明达到平衡,故D错误;
故答案为:A;
③要使$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大,应使平衡向正反应方向移动,
A.加入催化剂,平衡不移动,$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$不变,故A错误;
B.充入He(g),使体系压强增大,但对反应物质来说,浓度没有变化,平衡不移动,$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$不变,故B错误;
C.因正反应放热,升高温度平衡向逆反应方向移动,则$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$减小,故C错误;
D.将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应方法移动,$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大,故D正确;
故答案为:D;
④K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比,则K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$,
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
开始 1 3 0
转化 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡 0.25 0.75 0.75 0.75
体积为1L的密闭容器,平衡浓度分别为0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L,
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×(0.75)^{3}}$=5.33,
故答案为:5.33;
⑤该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,T2>T1,则K2<K1,故答案为:<;
(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2
由盖斯定律可知,①-②得到2CH3OH(l)+2O2(g)═2CO(g)+4H2O(g),
则1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$,
故答案为:$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$;
(3)用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池,负极上甲醇失去电子,正极上氧气得到电子,且生成碳酸根离子,则该燃料电池的正极通入的物质是O2、CO2,故答案为:O2、CO2.
点评 本题考查物质的量浓度随时间的变化,为高频考点,把握图中物质的量浓度变化、K的计算、平衡判定、焓变计算为解本题关键,侧重分析与应用能力的考查,综合性较强,题目难度不大.
| A. | 由于F元素的最低化合价为-1价,故F元素的最高化合价为+7价 | |
| B. | 第二周期元素从Li到F,非金属性逐渐减弱 | |
| C. | 由于K比Na容易失去电子,所以K比Na的还原性强 | |
| D. | 由于H2S的相对分子质量大于H2O的相对分子质量,所以沸点前者大于后者 |
( )
| A. | NH4Br的电子式: | B. | 乙醇的分子式:C2H5OH | ||
| C. | 乙烯的结构简式为CH2CH2 | D. | CS2分子比例(填充)模型: |
| 选顶 | 化学事实 | 周期律解释 |
| A | 向Na2SO3溶液中加稀盐酸产生气泡 | 非金属性:Cl>S |
| B | Mg、Al与同浓度的盐酸反应,Mg更剧烈 | 原子半径:Mg>Al |
| C | K与水的反应比Na与水的反应更剧烈 | 金属性:K>Na |
| D | 加热条件下HBr比HF更易分解 | 非金属性:F>Br |
| A. | A | B. | B | C. | C | D. | D |
| A. | 将电能转化为化学能 | B. | 氧气在石墨电极上发生还原反应 | ||
| C. | 电子由Zn电极经导线流向石墨电极 | D. | 该电池放电时OH-向石墨电极移动 |
| A. | 原子半径:D>C>B | B. | 非金属性:B>C>A | ||
| C. | 最高正化合价:D>C>B | D. | 气态氢化物的稳定性:B>C>D |
| A. | 若有3molCl2参加反应,得到氧化产物6 mol | |
| B. | 若常温下生成22.4L氮气,转移的电子数为6NA | |
| C. | 若转移6 mol电子,则被氧化的氨气是8 mol | |
| D. | 若生成1mol的氯化铵转移电子数是n个,则NA=n |
| A. | 氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应 | |
| B. | 生成物总能量低于反应物总能量的反应 | |
| C. | 化学键断裂吸收的热量比化学键生成放出的热量多的反应 | |
| D. | 不需要加热就能发生的反应 |
| A. | a、e的常见氧化物都属于酸性氧化物 | |
| B. | b元素的气态氢化物易液化,是因为其分子间能形成氢键 | |
| C. | 工业上不用电解氯化物的方法制备单质d是由于其氯化物的熔点高 | |
| D. | 相同质量的c和d单质分别与足量稀盐酸反应,前者生成的氢气多 |