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实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),下图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化:

(1)关于该反应的下列说法中,正确的是      (填字母)。
A.△H>0,△S>0           B.△H>0,△S<0
C.△H<0,△S<0           D.△H<0,△S>0
(2)为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为l L的密闭容器中,充入l mol CO2和4mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如上图2所示。
①从反应开始到平衡,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH) =  ;H2的转化率w(H2) =   
②该反应的平衡常数表达式K=       
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是        (填字母)。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)及时液化抽出
C.选择高效催化剂
D.再充入l molCO2和4 molH2
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:      
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此电池的负极应加入和通入的物质有      ;其正极的电极反应式是:       

(17分) (1)C(2分)(2) ① 0.075 mol·L-1·min-1(2分)     56.25%(2分)
(2分)  ③ BD(2分,少选得1分、多选或错选均不能得分)
(3)CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.6kJ·mol-1(3分,单位错漏扣1分)
(4)甲醇、氢氧化钠、水(2分,漏写一个扣1分,漏写两个或错写均不得分);
O2+2H2O+4e-=4OH?(2分)

解析试题分析:(1)根据图1可知,该反应的反应物总能量高于生成物总能量,所以反应是放热反应,即△H<0;根据方程式可知,该反应是气体体积减小的可逆反应,因此△S<0,答案选C。
(2)①根据图2可知,反应进行到10min时,各种物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态。根据图2可知,甲醇的浓度增加了0.75mol/L,所以甲醇的反应速率v(CH3OH)=0.75mol/L÷10min=0.075 mol·L-1·min-1;根据方程式可知,消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3=2.25mol/L,所以氢气的转化率是w(H2)=×100%=56.25%。
②化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据方程式可知,该反应的平衡常数表达式K=
③依据化学反应的影响因素和条件逐项分析判断即可:A、反应是放热反应,升高温度平衡逆向进行;B、将CH3OH(g)及时液化抽出,减小生成物的浓度平衡正向进行;C、选择高效催化剂只能改变反应速率,不能改变化学平衡;D、再充入l molCO2和4molH2,相当于增大压强平衡正向进行;答案选BD。
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ的热量,所以1mol甲醇即32g液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ×2=726.6 kJ的热量,因此该反应的热化学方程式为CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.6kJ·mol-1
(4)原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应。据此可知,该原电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠、水;正极通入的是氧气,则正极电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH?
考点:考查焓变和熵变、反应速率和转化率的计算、化学平衡常数、外界条件对平衡状态的影响、热化学方程式的书写以及燃料电池的有关判断和电极反应式的书写等

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

反应m A+n Bp C在某温度下达到平衡
①若A、B、C都是气体,减压后正反应速率小于逆反应速率,则m、n、p的关系是                    。②若C为气体,且m + n = p,在加压时化学平衡发生移动,则平衡必定向______方向移动。
③如果在体系中增加或减少B的量,平衡均不发生移动,则B肯定不能为______态。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

多晶硅生产工艺流程如下:

(1)粗硅粉碎的目的是     。分离SiHCl3 (l)和SiCl4(l)的方法为      
(2)900℃以上, H2与SiHCl3发生如下反应:SiHCl3 (g)+ H2 (g)Si (s) + 3HCl (g)    ΔH >0,其平衡常数表达式为K =      。为提高还原时SiHCl3的转化率,可采取的措施有     
(3)该流程中可以循环使用的物质是      
(4)SiCl4与上述流程中的单质发生化合反应,可以制得SiHCl3,其化学方程式为      

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

(甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料,它广泛用于有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等工业中。工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:
CO(g)2H2(g)CH3OH(g)Q
下表所列数据是反应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
 
(1)判断反应达到平衡状态的依据是(  )
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的平均相对分子质量不变
C.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(2)由表中数据判断Q        0 (填“>”、“”或“<”),要提高CO转化率,可采取的措施
是(  )
A.加入催化剂       B.充入CO       C.充入H2      D.升温
(3)某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应10min后,达到平衡时测得cmol/L,则以CH3OH表示的反应速率v           mol /(L·min),
CO的转化率为               
(4)原料CO和H2可以由C和H2O反应制取,涉及的反应方程式如下:
C(s)CO2(g) 2CO(g)              平衡常数K1
C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)         平衡常数K2
CO(g)H2O(g) H2(g)CO2(g)       平衡常数K3
则K1、K2、K3之间的关系是:                       

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

(1)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)
实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:

温度(℃)
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡气体总浓度(×10—3 mol/L)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
 
①氨基甲酸铵分解反应的焓变△H          0(填“>”、“<”或“=”)。
②可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是____。
A.2v(NH3)=v(CO2
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中氨气的体积分数不变
③根据表中数据,计算25.0℃时的分解平衡常数为             
(2)25℃时,NH3.H2O电离常数Kb=1.8×10—5,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=1.8×10—11,用pH计测得0.5 mol/L氨水溶液的pH约为   。在某氯化镁溶液中加入一定量的某浓度的烧碱后,测得混合液pH =11.0,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2+)=____。(已知lg2≈0.3、lg3≈0.5)。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

(Ⅰ)铜铁及其化合物在日常生活中应用广泛,某研究性学习小组用粗铜(含杂质Fe)与过量氯气反应得固体A,用稀盐酸溶解A,然后加试剂调节溶液的pH后得溶液B,溶液B经系列操作可得氯化铜晶体,请回答:
(1)固体A用稀盐酸溶解的原因是                  
(2)检验溶液B中是否存在Fe3+的方法是         
(3)已知元素在高价态时常表现氧化性,若在酸性CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液,加热,生成CuCl沉淀,则生成CuCl的离子方程式是                   
(Ⅱ)(1) 常温下,某同学将稀盐酸与氨水等体积混合,两种溶液的浓度和混合后所得溶液的pH如下表:

实验编号
氨水物质的量浓度
(mol·L-1)
盐酸物质的量浓度
(mol·L-1)
混合溶液
pH

0.1
0.1
pH=5

C
0.2
pH=7

0.2
0.1
pH>7
 
请回答:从第①组情况分析,该组所得混合溶液中由水电离出的c(H+)=   mol·L-1;从第②组情况表明,C          0.2 mol·L-1(选填“>”、“<”或“=”);从第③组情况分析可知,混合溶液中c(NH4+)
       c(NH3·H2O)(选填“>”、“<”或“=”)。
(2)写出以下四组溶液NH4+离子浓度由大到小的顺序  >   >    > (填选项编号)。
A.0.1mol·L-1NH4Cl
B.0.1mol·L-1NH4Cl和0.1mol·L-1NH3·H2O
C.0.1mol·L-1NH3·H2O
D.0.1mol·L-1NH4Cl和0.1mol·L-1HCl

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

近年来,碳和碳的化合物在生产生活实际中应用广泛。
(1)在2升的密闭容器中,充有2mol CO与4mol 水蒸气,在催化剂作用下进行如下化学反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),CO的转化率和温度t的关系如下表:

t(℃)
750
850
1000
CO%
0.7
2/3
0.5
 
1000℃时该反应的平衡常数为___________________。850℃时,向该容器中重新通入1mol CO、1.5mol H2O、0.5mol CO2和2molH2,此时反应___________(填“向右进行”、“向左进行”或“处于平衡状态”)。
(2)已知:C(s)+O2 (g) ===CO2(g) △H1=﹣393.5kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)=== 2H2O(g) △H2=﹣483.6kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)=== CO(g)+H2(g) △H3=+131.3kJ·mol-1
则CO和H2O生成CO2和H2的热化学方程式为_______________________________。
(3) 目前工业上可用CO2来生产燃料甲醇,有关反应为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1。现向体积为1 L的密闭容器中,充入
1mol CO2和3mol H2,反应过程中测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。

①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=_____________;
②若改变条件使平衡向正反应方向移动,则平衡常数______________(填序号)
a.可能不变    b.可能减小    c.可能增大   d.不变、减小、增大皆有可能
(4)NaHCO3的水溶液呈碱性,其原因是(用文字叙述)_______________________。常温下,向100mL
0.2mol/LNaHCO3溶液中滴加amol/L的醋酸溶液,当滴加到溶液呈中性时,所用去的醋酸体积刚好也
为100mL,此时醋酸的电离常数为b, 用含b的代数式表示醋酸的浓度a=_____________________。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

接触法制硫酸工艺中,其主反应在450℃并有催化剂存在下进行:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H<0
(1)该反应450℃时的平衡常数        500℃时的平衡常数(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(2)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20 mol SO2和0. 10molO2,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO30.18mol,则=         mol.L-1.min-1:若继续通入0.20mol SO2和0.10mol O2,则平衡           移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向” 或“不”)

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科目:高中化学 来源: 题型:问答题

(14分) 2SO2(g)+ O2 (g)  2 SO3 (g)是生产硫酸的主要反应之一。下表是原料气按V(SO2):V(O2):V(N2)=7:11:82投料,在1.01×105Pa时,不同温度下SO2的平衡转化率。

温度/℃
400
500
600
SO2转化率/%
99.2
93.5
73.7
(1)该反应是______反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)400℃,1.01×105Pa时,将含10 mol SO2的原料气通入一密闭容器中进行反应,平衡时SO2的物质的量是______mol。
(3)硫酸厂尾气(主要成分SO2、O2和N2)中低浓度SO2的吸收有很多方法。
①用氨水吸收上述尾气,若SO2与氨水恰好反应得到碱性的(NH4)2SO3溶液时,则有关该溶液的下列关系正确的是______(填序号)。
a. c + c(NH3?H2O)=" 2[c()+" c()+ c(H2SO3)]
b. c()+ c(H+)=" c()+" c()+ c(OH-)
c. c()> c() > c(OH-) > c(H+)
②用 MnO2与水的悬浊液吸收上述尾气并生产MnSO4
i. 得到MnSO4的化学方程式是______。
ii.该吸收过程生成MnSO4时,溶液的pH变化趋势如图甲,SO2吸收率与溶液pH的关系如图乙。

图甲中pH变化是因为吸收中有部分SO2转化为H2SO4,生成H2SO4反应的化学方程式是______;由图乙可知pH的降低______SO2的吸收(填“有利于”或“不利于”),用化学平衡移动原理解释其原因是______。

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