工业上用CO生产燃料甲醇。一定温度和容积条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。图1表示反应中的能量变化;图2表示一定温度下,在体积为1L的密闭容器中加入2mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化。
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;没有使用催化剂时,在该温度和压强条件下反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的△H= 。
(2)下列说法正确的是
A.起始充入的CO的物质的量为1mol
B.增加CO的浓度,H2的转化率会增大
C.容器中压强恒定时,反应达到平衡状态
(3)从反应开始到建立平衡,v(CO)= ;达到平衡时,c(H2)= ,该温度下CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的化学平衡常数为 。达到平衡后若保持其它条件不变,将容器体积压缩为0.5L,则平衡 移动 (填“正向”、“逆向”或“不”)。
(4)已知CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g);ΔH=-193kJ/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 。
(1)b -91kJ/mol (2)ABC(3)0.075mol/(L·min) 0.5mo/L 12 正向(4)CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-281kJ/mol(3分)
解析试题分析:(1)根据图像可知,b曲线能量较低,故b为加入催化剂。根据图像可知△H=419kJ/mol-510kJ/mol=-91kJ/mol。(2)根据图像2可知,起始是加入CO的浓度为1mol/L,10min后达到平衡,平衡时CO的转化率为(1mol/L-0.25mol/L)/1mol/L×100%=75%。生产CH3OH的浓度为0.75mol/L。A选项正确,B选项,根据勒夏特列原理可知,增加CO的浓度,H2的转化率将增大。C选项,由于反应物化学计量数之和不等于产物计量数之和可知,当容器中压强恒定时,反应达到平衡状态。故选择A、B、C。(3)v(CO)=(1mol/L-0.25mol/L)/10min=0.075mol/(L·min)。根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知,消耗n(CO):n(H2)=1:2,故消耗H2的物质的量为0.75mol×2=1.5mol,达到平衡时剩余H2的物质的量为2mol-1.5mol=0.5mol。故浓度为 0.5mo/L。该温度下化学平衡常数为0.75/0.52×0.25=12。反应物化学计量数之和大于产物计量数之和,压缩体积,平衡向正反应方向移动。(4)32gCH3OH为1mol,产物中H2O为2mol,由H2O(l)= H2O(g);ΔH=+44 kJ/mol。故热化学方程式为:CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-281kJ/mol。
考点:化学平衡图像,热化学方程式书写,化学平衡常数考查。
科目:高中化学 来源: 题型:填空题
实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求,依靠理论知识做基础。试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知某反应的平衡表达式为:它所对应的化学反应为:_____________________________
(2)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);ΔH=-90.8 kJ/mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-23.5 kJ/mol
③CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g);ΔH=-41.3 kJ/mol
总反应:3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH="__________" ,
二甲醚(CH3OCH3)直接作燃料电池具有启动快,效率高等优点,若电解质为酸性,该电池的负极反应为_____________________________。
(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/℃ | 400 | 500 | 800 |
平衡常数K | 9.94 | 9 | 1 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
氨是最重要的化工产品之一。
(1)合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。有关化学反应的能量变化如下图所示。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
(2)CO对合成氨的催化剂有毒害作用,常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中CO,其反应原理为:[Cu(NH3)2CH3COO](l)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3]CH3COO·CO(l) △H<0。吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用,再生的适宜条件是 __________(填写选项编号)。
A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、低压 D.低温、高压
(3)用氨气制取尿素[CO(NH2)2]的反应为:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) △H<0。某温度下,向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH3和2molCO2,该反应进行到40 s时达到平衡,此时CO2的转化率为50%。该温度下此反应平衡常数K的值为________。下图中的曲线表示该反应在前25 s内的反应进程中的NH3浓度变化。若反应延续至70s,保持其它条件不变情况下,请在图中用实线画出使用催化剂时该反应的进程曲线。
(4)将尿素施入土壤后,大部分是通过转化为碳酸铵或碳酸氢铵后才被作物所利用,尿素分子在微生物分泌的脲酶作用下,转化为碳酸铵。已知弱电解质在水中的电离平衡常数(25℃)如下表:
弱电解质 | H2CO3 | NH3·H2O |
电离平衡常数 | Ka1=4.30×10-7 Ka2=5.61×10-11 | 1.77×10-5 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
2013年12月2日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空,进一步向广寒宫探索。“长征三号甲”是三级液体助推火箭,一、二级为常规燃料,常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。
Ⅰ.常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。
已知:N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H = -543kJ·mol-1
H2(g)+ F2(g) = HF(g) △H = -269kJ·mol-1
H2(g)+ O2(g) = H2O(g) △H = -242kJ·mol-1
请写出肼和氟气反应的热化学方程式:_____________________________。
Ⅱ.氧化剂二氧化氮可由NO和 O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应:
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH 的体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间(s) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
n(NO)(mol) | 0.200 | 0.100 | 0.080 | 0.050 | 0.050 | 0.050 |
n(O2)(mol) | 0.100 | 0.050 | 0.040 | 0.025 | 0.025 | 0.025 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
CO2和CO是工业排放的对环境产生影响的废气。
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH=-159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=a kJ·mol-1
③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=-86.98 kJ·mol-1
则a为 。
(2)科学家们提出用工业废气中的CO2制取甲醇:CO2+3H2CH3OH+H2O。制得的CH3OH可用作燃料电池的燃料。
①在KOH介质中,负极的电极反应式为_________________________________。
②作介质的KOH可以用电解K2SO4溶液的方法制得。则KOH在_______出口得到,阳极的电极反应式是:_____________________________________。
(3)利用CO与H2反应可合成CH3OCH3。
已知:3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2(g),ΔH=-247kJ/mol
在一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是 .
A.低温高压; | B.加入催化剂; | C.体积不变充入氦气; | D.增加CO的浓度;E.分离出二甲醚 |
物质 | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
浓度/(mol·L-1) | 0.01 | 0.2 | 0.2 |
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(1)已知热化学方程式:
4Al(s) + 3O2(g) = 2Al2O3 (s) ΔH1=-3288.6 kJ·mol-1,
4Fe(s) + 3O2 (g) =2Fe2O3 (s) ΔH2=-1631.8 kJ·mol-1,
则铝粉与氧化铁发生铝热反应的热化学方程式为 。
(2)已知标准状况下44.8L氢气燃烧生成液态水时放出571.6KJ的热量,氢气的燃烧热为 ;又已知1mol液态水变成气态时需要吸收44KJ的热量,则标准状况下22.4L氢气燃烧生成气态水的热化学方程式为 。
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。
(1)用CO可以合成甲醇。已知:
CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.5 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
则CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=________kJ·mol-1
(2)下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是________(填写序号).
a.使用高效催化剂 b.降低反应温度
c.增大体系压强 d.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来
(3)在一定压强下,容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。
①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”);
②100 ℃时,该反应的化学平衡常数K=________(mol·L-1)-2;
③在其它条件不变的情况下,再增加a mol CO和2a molH2,达到新平衡时,CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
①利用原电池原理,用SO2、O2和H2O来制备硫酸,该电池用多孔材料作电极,它能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池的负极的电极反应式________________。
②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液,然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下图所示。请写出开始时阳极反应的电极反应式________________。
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
SO2和NOx在化学工业上有重要用途,也是大气污染的主要来源,开发和利用并重,预防和治理并举是当前工业上和环境保护领域研究的主要课题之一。
(1)在接触法制硫酸的过程中,发生2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H<0反应,某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如下图所示,根据图示回答下列问题:
①平衡状态由A到B时,平衡常数K(A) K(B)(填“>”、“<”或“=”);
②将2.0molSO2和1.0molO2置于10L的密闭容器中,若40s后反应达到平衡,此时体系总压强为0.10MPa,这一段时间内SO2的平均反应速率为 。
该反应的平衡常数为 。
(2)用CH4催化还原NOx可消除氮的氧化物的污染,例如:CH4(g)+4NO2(g) = 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ·mol—1
CH4(g)+4NO(g) = 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol—1
取标准状况下4.48LCH4并使之完全反应:
①若将NO2还原至N2,整个过程中转移电子的物质的量为 ;
②若还原NO2和NO的混合物,放出的总热量Q的取值范围是 。
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
甲醇是一种优质燃料,可制作燃料电池。
(1)为探究用CO2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1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如右图。请回答:
①从反应开始到平衡,氢气的反应速率:v(H2)= 。
②能够说明该反应已达到平衡的是_________。
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,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
D.一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH
③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是 。
A.加入催化剂 B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离 D.降低温度
④求此温度(T1)下该反应的平衡常数K1= (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 (填“>”、“=”或“<”)K1。
(2)以CH3OH为燃料(以KOH溶液作电解质溶液)可制成CH3OH燃料电池(电池总反应式:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O),则充入CH3OH的电极为 极,充入O2的电极反应式 。
(3)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= 。(用含△H1、△H2的式子表示)
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