(12分)氨是氮循环过程中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法。合成氨反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H
(1)若该反应在一定条件下能自发,则该反应的△H 0、△S 0(填“<”、“>”或“=”)。
(2)在恒容容器中,下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 。
| A.3v(H2)正=2v(NH3)逆 |
| B.单位时间内生成n mol N2的同时生成2n molNH3 |
| C.混合气体的密度不再改变 |
| D.容器内压强不随时间的变化而变化 |
(4)为了寻找合成NH3的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下表的①②处填入合适的实验条件数据。
| 实验编号 | T(℃) | n (N2)/n(H2) | P(MPa) | 平衡时NH3百分含量 |
| ⅰ | 450 | 1/3 | 1 | |
| ⅱ | ① | 1/3 | ② | |
| ⅲ | 480 | 1/3 | 10 | |
(13分)能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应I: CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g) ΔH1
反应II: CO2(g) + 3H2(g)
CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
①上述反应符合“原子经济”原则的是 (填“I”或“Ⅱ”)。
②下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(K)。
| 温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
| K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
由表中数据判断ΔH1 0 (填“>”、“=”或“<”)。
③某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CH3OH)= 0.8 mol/L,则CO的转化率为 ,此时的温度为 (从上表中选择)。
④恒温、恒容时,下列情况不能说明反应I已经达到化学平衡状态的是________________。
(2)25℃、101kPa时,燃烧16g液体甲醇生成CO2和H2O(l),放出的热量为363.26kJ,写出甲醇燃烧的热化学方程式: 。
(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计一个燃料电池电解Na2SO4溶液(图如下)。请根据图示回答下列问题:
①通入甲醇蒸气的电极应为 极(填写“正”或“负”), 该电极上发生的电极反应是 (填字母代号)。
a.2CH3OH —12 e- +3O2 === 2CO2 + 4 H2O
b.CH3OH—6 e- + 8 OH- ="==" CO32- + 6H2O
c.O2 + 2H2O + 4 e- ="==" 4OH-
d.O2— 4 e- + 4H+ ="==" 2H2O
②写出电极A的名称 。写出B电极的电极反应式 。
③当酸性甲醇燃料电池消耗3.36 L 氧气时(折合为标准状况),理论上电解Na2SO4溶液生成气体的总物质的量是 。
(14分)能源短缺是人类面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景,因此甲醇被称为21世纪的新型燃料。工业上用CO生产燃料甲醇,一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。图1表示反应中能量的变化;图2表示一定温度下,在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化图。![]()
请回答下列问题:
(1)在“图1”中,曲线 (填“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)根据“图2”判断,下列说法不正确的是
| A.起始充入的CO为1mol |
| B.增加CO浓度,CO的转化率增大 |
| C.容器中压强恒定时,反应已达平衡状态 |
| D.保持温度和密闭容器容积不变,再充入1molCO和2molH2,再次达到平衡时n(CH3OH)/n(CO)会增大 |
(4)请在“图3”中画出平衡时甲醇蒸气百分含量(纵坐标)随温度(横坐标)变化的曲线,要求画压强不同的2条曲线(在曲线上标出P1、P2,且P1>P2)。
(5)科学家常用 (填仪器名称)来直接测定某一反应的反应热,现测得:CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-192.9kJ/mol,又知H2O(l)= H2O(g) ΔH=+44 kJ/mol,请写出32g的CH3OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式 。
(14分)丙烷在燃烧时能放出大量的热,它也是液化石油气的主要成分,作为能源应用于人们的日常生产和生活。
已知:①2C3H8(g)+7O2(g)=6CO(g)+8H2O(l);△H=-2741.8kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH="-566" kJ/mol
(1)反应C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)的△H=
(2)C3H8在不足量的氧气里燃烧,生成CO和CO2以及气态水,将所有的产物通入一个固定体积的密闭容器中,在一定条件下发生如下可逆反应:
CO (g)+H2O(g)
CO2(g)+H2 (g)
①下列事实能说明该反应达到平衡的是
a.体系中的压强不发生变化 b.υ正(H2)=υ逆(CO)
c.混合气体的平均相对分子质量不发生变化 d.CO2的浓度不再发生变化
② T℃时,在一定体积的容器中,通入一定量的CO(g)和H2O(g),发生反应并保持温度不变,各物质浓度随时间变化如下表:
| 时间 / min | CO | H2O(g) | CO2 | H2 |
| 0 | 0.200 | 0.300 | 0 | 0 |
| 2 | 0.138 | 0.238 | 0.062 | 0.062 |
| 3 | 0.100 | 0.200 | 0.100 | 0.100 |
| 4 | 0.100 | 0.200 | 0.100 | 0.100 |
| 5 | 0.116 | 0.216 | 0.084 | C1 |
| 6 | 0.096 | 0.266 | 0.104 | C2 |
已知420℃时,该化学反应的平衡常数为9。如果反应开始时,CO和H2O(g)的浓度都是0.01 mol/L,则CO在此条件下的转化率为 。又知397℃时该反应的平衡常数为12,请判断该反应的△H 0 (填“>”、“=”、“<”).
(3)依据(1)中的反应可以设计一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丙烷气体;
燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在其内部可以传导O2—。在电池内部O2—移向_ ___极(填“正”或“负”);电池的负极反应式为 。
(4)用上述燃料电池用惰性电极电解足量Mg(NO3)2和NaCl的混合溶液。电解开始后阴极的现象为____ 。
(14分)反应① Fe(s)+CO2(g)===FeO(s)+CO(g);△H1=" a" kJmol-1反应② CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g);△H2=" b" kJmol-1测得在不同温度下,在密闭容器中进行的反应①的平衡常数K值随温度的变化如下:![]()
(1)反应①的化学平衡常数表达式为 ,a 0(填“>”、“<”或“=”)。在 500℃2L 密闭容器中进行反应①,Fe 和 CO2的起始物质的量均为4mol,10min后达到平衡状态,平衡时CO2的转化率为 ,用CO表示的化学反应速率为 。
(2)700℃反应①到平衡,要使该平衡向右移动,其它条件不变时,可以采取的措施有__________(填序号)。
| A.缩小反应容器体积 | B.通入CO2 |
| C.升高温度到900℃ | D.使用合适的催化剂 |
(4)如图是甲醇燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图,则a处通入的是 (填“甲醇”或“氧气”),b处电极上发生的电极反应式:
(14分)(1)二氧化硫的催化氧化的过程如图所示,![]()
其中a、c二步的化学方程式可表示为:
SO2+V2O5
SO3+ V2O4
4VOSO4+O2
2V2O5+4SO3。
该反应的催化剂是 (写化学式)
(2)压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为:SO2 7%,O2 11%,N2 82%):
| 压强/MPa 温度/℃ | 0.1[ | 0.5 | 1 | 10 |
| 400 | 99.2% | 99.6% | 99.7% | 99.9% |
| 500 | 93.5% | 96.9% | 97.8% | 99.3% |
| 600 | 73.7% | 85.8% | 89.5% | 96.4% |
(3)550 ℃时,SO2转化为SO3的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如右图所示。将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于5 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10 M Pa。试计算反应2SO3
反应达平衡后,下列措施中能使n(SO3)/n(SO2)增大的是
A.升高温度 B.充入He(g),使体系总压强增大
C.再充入2 mol SO2和1 mol O2 D.再充入1 mol SO2和1 mol O2
(4)SO3溶于水得到硫酸。在25°C下,将x mol·L-1的氨水与y mol·L-1的硫酸等体积混合,反应后溶液中显中性,则c(NH4+) 2 c(SO42-)(填“>”、“<”或“=”);用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数 。