题目内容

7.(1)已知:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)△H=-41.2kJ/mol,850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中,通入一定量的CO和H2O,CO和H2O浓度变化如图1所示:

下列说法正确的是BD(填序号)
A.达到平衡时,氢气的物质的量是0.12mol
B.达到平衡时,反应体系最终会放出49.44kJ热量
C.4min内CO2的反应速率为0.003mol/(L•min)
D.第6min时,若升高温度,反应平衡常数会减小
E.第8min时,若充入氦气,会导致v正(CO)<v逆(H2O)
(2)850℃时,若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,amol CO2和bmol H2.若达平衡时各组分体积分数都与(2)中平衡时相同,则a=3mol,b=3mol.
(3)华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图2所示:
①上述生产过程的能量转化方式是太阳能和电能转化为化学能.
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应式为2CO32--4e-═2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应式为3CO2+4e-═C+2CO32-.

分析 (1)A.由图可知,平衡时△c(CO)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L,利用浓度变化量之比等于化学计量数之比计算△c(H2),再根据n=cV计算n(H2);
B.850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol;
C.随反应进行,混合气体总质量不变,总物质的量不变,平均相对分子质量不变;
D.该反应正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动;
E.恒容密闭容器中,若充入氦气,体积不变,各物质的浓度不变,速率不变;
(2)根据等效平衡,若起始的量与原平衡起始的量等比例即可;
(3)①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程;
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程,阴极是二氧化碳得到电子生成碳,依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应;

解答 解:(1)A.由图可知,平衡时△c(CO)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L,浓度变化量之比等于化学计量数之比,故△c(H2)=△c(CO)=0.12mol/L,故n(H2)=0.12mol/L×10L=1.2mol,故A错误;
B.生成1.2mol氢气,通常条件下放出的热量为41.2kJ×$\frac{1.2mol}{1mol}$=49.44kJ,850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol,故B正确;
C.由图可知4min时到达平衡,随反应进行,混合气体总质量不变,总物质的量不变,平均相对分子质量不变;所以混合气体的平均相对分子质量始终不变化,故C错误;
D.该反应正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,平衡常数减小,故D正确;
E.恒容密闭容器中,若充入氦气,体积不变,各物质的浓度不变,速率不变,故E错误;
故答案为:BD.
(2)在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,amol CO2和bmol H2,若要与(1)中平衡是等效平衡,则全部转化为反应物,与(1)中起始的量等比例即可;
设实际转化的CO2和 H2为xmol,所以转化为反应物时,c(CO)=$\frac{1+x}{2}$mol/L,c(H2O)=$\frac{3+x}{2}$mol/L,已知(1)中反应物的起始量为c(CO)=0.2mol/l,c(H2O)=0.3mol/l;
则$\frac{\frac{1+x}{2}}{\frac{3+x}{2}}$=$\frac{0.2}{0.3}$=,解得:x=3;所以初始时CO2和 H2的物质的量均为3mol,即a=b=3;
故答案为:3;3;
(3)①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程,故答案为:太阳能和电能转化为化学能;
②述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程,电极反应为:2CO32--4e-═2CO2↑+O2↑,阴极是二氧化碳得到电子生成碳,依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应为:3CO2+4e-═C+2CO32-;
故答案为:2CO32--4e-═2CO2↑+O2↑,3CO2+4e-═C+2CO32-,
故答案为:3CO2+4e-═C+2CO32-.

点评 本题考查化学平衡图象及有关计算、盐的水解原理的应用、热化学方程式、原电池原理的应用及电子转移的计算等,涉及的知识点较多,题目难度较大.

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