8.焦炭與CO、CO2、H2均是重要的化工原料,由CO2制備甲醇過(guò)程可能涉及的反應(yīng)如下:
反應(yīng)Ⅰ:CO2 (g)+3H2 (g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.58kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2 (g)+H2 (g)?CO(g)+H2O(g)△H2=+41.19kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅲ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H3
回答下列問(wèn)題:
(1)反應(yīng)Ⅲ的△H3=-90.77kJ•mol-1,反應(yīng)Ⅲ自發(fā)進(jìn)行的條件是較低溫(填“較低溫”、“較高溫”或“任何溫度”).
(2)將焦炭與水蒸氣置于容積為2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng):C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),其中H2O、CO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示.

①0~1min 內(nèi)用H2表示該反應(yīng)的速率為0.1mol•L-1•min-1,第一個(gè)平衡時(shí)段的平衡常數(shù)是0.017mol•L-1
②若反應(yīng)進(jìn)行到2min時(shí),改變了溫度,使曲線發(fā)生如圖所示的變化,則溫度變化為升溫(填“升溫”或“降溫”).
③反應(yīng)至5min時(shí),若也只改變了某-個(gè)條件,使曲線發(fā)生如圖所示的變化,該條件可能是下述中的b.
a.加入了C(s)         b.加入了水蒸氣
c.降低了溫度         d.增大了壓強(qiáng)
(3)某研究小組將一定量的H2和CO2充入恒容密閉容器中并加入合適的催化劑(發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),測(cè)得了不同溫度下體系達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率(曲線a)及CH3OH 的產(chǎn)率(曲線b),如圖2所示,請(qǐng)回答問(wèn)題:
據(jù)圖可知當(dāng)溫度高于260℃后,CO的濃度隨著溫度的升高而增大 (填“增大”、“減小”、“不變”或“無(wú)法判斷”),其原因是反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ均為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇;反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng),溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO.綜上所述,CO的濃度一定增大.
(4)若以CO、O2、K2CO3等構(gòu)成的熔融鹽電池為電源,用惰性電極電解200mL 飽和食鹽水,則負(fù)極上的電極反應(yīng)式為CO+CO32--2e-═2CO2,當(dāng)有2.8g燃料被消耗時(shí),電解池中溶液的pH=14(常溫下,忽略溶液的體積變化,不考慮能量的其他損耗).

分析 (1)根據(jù)蓋斯定律可以計(jì)算化合反應(yīng)的焓變,根據(jù)反應(yīng)自發(fā)行的判據(jù):△H-T△S<0進(jìn)行回答;
(2)①反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$,根據(jù)圖象可知,在第一個(gè)平衡時(shí)段的CO的物質(zhì)的量為0.2mol,則此時(shí)生成的H2也是0.2mol,反應(yīng)體系中水的物質(zhì)的量為1.2mol,可得知物質(zhì)的平衡濃度,再根據(jù)K=$\frac{c(CO)c({H}_{2})}{c({H}_{2}O)}$計(jì)算,
②反應(yīng)進(jìn)行至2min時(shí),根據(jù)圖象知,相同時(shí)間內(nèi),水和一氧化碳的物質(zhì)的量變化量大于0-1min內(nèi),說(shuō)明反應(yīng)速率增大,根據(jù)溫度對(duì)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的移動(dòng)的影響分析;
③反應(yīng)至第5min時(shí),CO的物質(zhì)的量不變,水的物質(zhì)的量增大,說(shuō)明改變的量是水的物質(zhì)的量;
(3)根據(jù)反應(yīng)I、反應(yīng)III均為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇,反應(yīng)II為吸熱反應(yīng),溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO來(lái)回答;
(4)該燃料電池中,通入CO的電極為負(fù)極,負(fù)極上CO失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水,通入O2的電極為正極,正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子,根據(jù)電子得失守恒計(jì)算電解食鹽水中產(chǎn)生的氫氧根離子的物質(zhì)的量,進(jìn)而確定pH值,據(jù)此答題.

解答 解:反應(yīng)Ⅰ:CO2 (g)+3H2 (g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.58kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2 (g)+H2 (g)?CO(g)+H2O(g)△H2=+41.19kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅲ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H3
根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)Ⅲ可以是Ⅰ-Ⅱ得到,所以反應(yīng)Ⅲ的焓變△H2=(-49.58kJ•mol-1)-(+41.19kJ•mol-1)=-90.77kJ•mol-1,根據(jù)反應(yīng)自發(fā)行的判據(jù):△H-T△S<0,反應(yīng)Ⅲ是熵減的放熱的反應(yīng),所以要自發(fā)進(jìn)行需要在較低溫下進(jìn)行,
故答案為:-90.77kJ•mol-1;較低溫;
(2)①根據(jù)圖象可知,在第一個(gè)平衡時(shí)段的CO的物質(zhì)的量為0.2mol,則此時(shí)生成的H2也是0.2mol,0~1min 內(nèi)用H2表示該反應(yīng)的速率=$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{1min}$=0.1mol•L-1•min-1,反應(yīng)體系中水的物質(zhì)的量為1.2mol,容積為2L,所以此時(shí)CO的平衡濃度為0.1mol/L,H2的平衡濃度為0.1mol/L,H2O的平衡濃度為0.6mol/L,則K=$\frac{c(CO)c({H}_{2})}{c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.1mol/L×0.1mol/L}{0.6mol/L}$=0.017mol•L-1,
故答案為:0.1mol•L-1•min-1;0.017mol•L-1;
②應(yīng)進(jìn)行至2min時(shí),根據(jù)圖象知,相同時(shí)間內(nèi),水和一氧化碳的物質(zhì)的量變化量大于0-1min內(nèi),說(shuō)明反應(yīng)速率增大,水蒸氣的物質(zhì)的量減少,一氧化碳的物質(zhì)的量增加,說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則該改變的條件只能是升高溫度,
故答案為:升溫;
③反應(yīng)至第5min時(shí),CO的物質(zhì)的量不變,水的物質(zhì)的量增大,說(shuō)明改變的量是增加水的物質(zhì)的量,隨反應(yīng)進(jìn)行水蒸氣減小,一氧化碳增大,平衡正向進(jìn)行;
a、增加了C是固體,不影響化學(xué)平衡,故a錯(cuò)誤;
b、增加了水蒸氣,5min時(shí),CO的物質(zhì)的量不變,水的物質(zhì)的量增大,故b正確;
c、反應(yīng)是吸熱反應(yīng),降低了溫度平衡逆向進(jìn)行,圖象不符合,故c錯(cuò)誤;
d、增加了壓強(qiáng),平衡逆向進(jìn)行,不符合圖象變化,故d錯(cuò)誤;
故答案為:b;
(3)反應(yīng)I、反應(yīng)III均為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇,反應(yīng)II為吸熱反應(yīng),溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO,所以當(dāng)溫度高于260℃后,CO的濃度一定增大,
故答案為:增大; 反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ均為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇;反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng),溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO.綜上所述,CO的濃度一定增大;
(4)該燃料電池中,通入CO的電極為負(fù)極,負(fù)極上CO失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水,負(fù)極反應(yīng)式為CO+CO32--2e-=2CO2,當(dāng)有5.6g(即0.2mol)CO被消耗時(shí),電路中流過(guò)的電子的物質(zhì)的量為0.4mol,根據(jù)電解方程式2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑~2e-可知,電解池中產(chǎn)生的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.4mol,所以氫氧化鈉的濃度為$\frac{0.4mol}{0.4L}$=1mol/L,所以溶液的pH=14,
故答案為:CO+CO32--2e-=2CO2;14.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式、影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、電解池的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn),明確蓋斯定律和化學(xué)平衡移動(dòng)原理及電子得失守恒是解題目的關(guān)鍵,題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

19.某些化學(xué)反應(yīng)可用下式表示A+B→C+D+H2O請(qǐng)回答下列問(wèn)題(反應(yīng)可以是固體之間的反應(yīng),也可以是在水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)):
(1)若A是非金屬氣態(tài)單質(zhì),反應(yīng)后所得溶液常用于消毒、殺菌.反應(yīng)的離子方程式為:Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O
(2)若A為非金屬固態(tài)單質(zhì),C、D均為氣體且都能使澄清石灰水變渾濁.反應(yīng)的化學(xué)方程式為:C+2H2SO4(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O
(3)若A為紫紅色金屬,D為有色氣體.反應(yīng)的離子方程式為:Cu+4H++2NO3-=Cu2++2H2O+2NO2↑.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

20.化學(xué)與人類(lèi)生產(chǎn)、生活、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān).下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( 。
A.MgO和Al2O3在工業(yè)上用于制作耐高溫材料,也可用于電解法冶煉Mg、Al
B.水泥冶金廠常用高壓電除去工廠煙塵,利用了膠體的性質(zhì)
C.高空臭氧層吸收太陽(yáng)紫外線,保護(hù)地球生物;反應(yīng)3O2═2O3有單質(zhì)參加,屬于氧化還原反應(yīng)
D.向水中加入明礬進(jìn)行殺菌消毒

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

17.如表是周期表中的一部分,根據(jù)A-I在周期表中的位置,第(1)-(4)小題用元素符號(hào)或化學(xué)式回答,(5)-(6)小題按題目要求回答.
   族
周期
I AⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAO
1A
2DEGI
3BCFH
(1)表中元素,化學(xué)性質(zhì)最不活潑的是Ne,只有負(fù)價(jià)而無(wú)正價(jià)的是F
(2)最高價(jià)氧化物的水化物堿性最強(qiáng)的是NaOH,酸性最強(qiáng)的是HClO4,呈兩性的是Al(OH)3
(3)A分別與D、E、F、G、H形成的化合物中,最穩(wěn)定的HF
(4)A、B、E、F、G、H中,原子半徑順序是Na>P>Cl>N>F>H
(5)工業(yè)上制備C的原理2Al2O3$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4A1+3O2
(6)B的最高價(jià)氧化物的水化物和C的最高價(jià)氧化物相互反應(yīng)的離子方程式Al(OH)3+OH-═AlO2-+2H2O.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

3.孔雀石主要成分為Cu2(OH)2CO3,還含少量鐵氧化物和硅氧化物.以下是實(shí)驗(yàn)室以孔雀石為原料制備CuSO4•5H2O晶體流程圖:

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程和實(shí)驗(yàn)?zāi)康,判斷下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(  )
A.研磨孔雀石的目的是增大固體表面積,從而加快反應(yīng)速率
B.試劑A目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,可選用雙氧水作氧化劑
C.試劑B目的是作pH調(diào)節(jié)劑,使Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀
D.試劑B可以選擇NaOH或氨水等堿性試劑

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

13.工業(yè)上以碳酸錳礦為主要原料生產(chǎn)MnO2的工藝流程如圖所示:
有關(guān)氫氧化物開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH如下表;
 氫氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2Mn(OH)2
 開(kāi)始沉淀的pH 3.3 1.5 6.5 5.4 8.3
 沉淀完全的pH 5.2 3.7 9.7 6.7 9.8
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)酸浸前將碳酸錳礦粉碎的作用是增大接觸面積,加快反應(yīng)速率(使反應(yīng)更充分).
(2)酸浸后溶液中含有Mn2+、SO42-,另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+、Pb2+、Cu2+等,其除雜過(guò)程如下:
①加入MnO2的目的是氧化亞鐵離子得到鐵離子;
②加入CaO將溶液調(diào)至pH=5.2~6,所得沉淀的成分為Fe(OH)3、Al(OH)3(填化學(xué)式);
③加入BaS除去Cu2+、Pb2+(填化學(xué)式)后,再加入NaF除去Ca2+
(3)已知Ksp(CaF2)=4.0×10-11,計(jì)算當(dāng)溶液中Ca2+完全沉淀[c(Ca2+)<10-5mol/L]后,所得
溶液每m3中至少含F(xiàn)-的質(zhì)量為38g.
(4)從溶液A中回收的主要物質(zhì)常用作化肥,該物質(zhì)水解的離子方程式為NH4++H2O?NH3.H2O+H+
(5)NH4HCO3溶液中,下列關(guān)系式正確的是AC.
A.c(NH4+)+c(NH3•H2O)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3
B.c(NH4+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(OH-
C.c(OH-)+c(NH3•H2O)=c(H+)+c(H2CO3)-c(CO32-
D.(NH4+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

20.表為元素周期表的一部分,請(qǐng)回答有關(guān)問(wèn)題:
IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0
第2周期
第3周期
第4周期
(1)分別寫(xiě)出⑤的單質(zhì)和氧化物的一種用途Si作半導(dǎo)體材料,二氧化硅作光纖的材料.
(2)畫(huà)出表中最活潑的金屬陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)示意圖是
(3)比較②③⑦三種元素的離子半徑大小Cl->F->Mg2+
(4)海水提溴的富集過(guò)程是用⑥的一種氧化物與⑩的單質(zhì)稀溶液反應(yīng),達(dá)到富集提取的目的,寫(xiě)出該離子方程式SO2+Cl2+2H2O=4H++2Cl-+SO42-
(5)設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn),比較③和④兩種元素金屬性的強(qiáng)弱取相同大小的Mg、Al,分別與等濃度的鹽酸反應(yīng).

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

17.由新型無(wú)機(jī)非金屬材料制成的無(wú)水冷發(fā)動(dòng)機(jī),熱效率高、壽命長(zhǎng).這類(lèi)材料中研究較多的是化合物G.
(1)化合物G 的相對(duì)分子質(zhì)量為140,G 中含硅元素,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,另有元素Y.G 可以由化合物E(含兩種元素)與NH3反應(yīng)而生成,同時(shí)產(chǎn)生HCl 氣體.則G 和E的化學(xué)式分別為Si3N4、SiCl4
(2)粉末狀G 能夠與氧氣反應(yīng),所得產(chǎn)物中有一種是空氣中的主要成分,另一種是工業(yè)上生產(chǎn)玻璃的主要原料.請(qǐng)寫(xiě)出化合物G 與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式Si3N4+3O2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3SiO2+2N2
(3)常壓下在G 中添加氧化鋁,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)可制成一種高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕的陶瓷材料,它的商品名叫“賽倫”,化學(xué)通式可表示為:Si6-XAlXOXY8-X.在接近1700℃時(shí)x的極限值約為4.0,在1400℃時(shí) x為2.0,以保持整個(gè)化合物呈電中性.則賽倫中以下元素的化合價(jià)分別為:Si+4、Y-3,塞倫的晶體類(lèi)型原子晶體.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

18.如圖,電解質(zhì)溶液是NaCl的水溶液,過(guò)一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)d極附近有黃綠色氣體產(chǎn)生,(c、d均為石墨電極)以下說(shuō)法正確的是( 。
A.a是電源的正極B.電子流動(dòng)的方向:d→b
C.c極發(fā)生氧化反應(yīng)   

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案