11.隨著科技的進步,合理利用資源、保護環(huán)境成為當今社會關注的焦點.
(1)為了提高煤的燃燒效率,常采取的措施是將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料--水煤氣.
已知:H2(g)+1/2O2(g)═H2O(g)△H1=-241.8kJ•mol-1
C(s)+1/2O2 (g)═CO(g)△H2=-110.5kJ•mol-1
則焦炭與水蒸氣反應生成水煤氣的熱化學方程式為C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g);△H=+13l.30kJ•mol-1
(2)工業(yè)上利用水煤氣合成甲醇燃料,反應為CO(g)+2H2(g) $\stackrel{催化劑}{?}$CH3OH(g)△H<0.在一定條件下,將l mol CO和2mol H2通入密閉容器中進行反應,當改變某一外界條件(溫度或壓強)時,CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)變化趨勢如圖1所示:

①平衡時,M點CH3OH的體積分數(shù)為10%.則CO的轉(zhuǎn)化率為25%.
②X軸上a點的數(shù)值比b點。ㄌ睢按蟆被颉靶 保甕軸表示溫度(填“溫度”或“壓強”),判斷的理由是隨著Y值的增加,CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)減小,平衡逆向移動,故Y表示溫度.
(3)在一定溫度下,將2mol CO和4mol也充入某恒容密閉容器中發(fā)生反應:CO(g)+2H2(g) $\stackrel{催化劑}{?}$CH3OH(g),達到平衡時測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%,已知反應初始時容器的容積為2L,則該溫度下,反應的平衡常數(shù)K=1.
(4)在合成水煤氣時會產(chǎn)生一定量的CO2,在強酸性電解質(zhì)溶液中,用惰性電極電解可使CO2轉(zhuǎn)化成乙烯,如圖2所示.電解時陰極的電極反應式為2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O.當陽極產(chǎn)生l mol氣體時,則陽極溶液的質(zhì)量減輕36 g.

分析 (1)已知:①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g);△H=-241.81kJ•mol-1,
②C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g);△H=-110.51kJ•mol-1,
利用蓋斯定律,將②-①可得:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g,據(jù)此計算焓變書寫熱化學方程式;
(2)①根據(jù)三行式計算得到;
②根據(jù)圖示信息:X軸上a點的數(shù)值比b點小,隨著Y值的增加,CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)減小,結(jié)合平衡移動原理回答;
(3)CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則反應消耗的CO的物質(zhì)的量為:2mol×50%=1mol,根據(jù)反應CO(g)+2H2(g)$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH30H(g)分別計算出反應消耗氫氣、生成甲醇的物質(zhì)的量,然后根據(jù)c=$\frac{n}{V}$分別計算出平衡時一氧化碳、氫氣、甲醇的濃度,最后根據(jù)K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}$計算出該反應在該溫度下的平衡常數(shù);
(4)電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯,乙烯在陰極生成.

解答 解:(1)已知:①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g);△H=-241.81kJ•mol-1,
②C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g);△H=-110.51kJ•mol-1,
利用蓋斯定律,將②-①可得:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),△H=(-110.5kJ/mol)-(-241.8kJ/mol)=+13l.3 kJ/mol,
所以焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為:C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g);△H=+13l.30kJ•mol-1,
故答案為:C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g);△H=+13l.30kJ•mol-1;
(2)①設CO的轉(zhuǎn)化量是x,則
        CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);
初始量:1mol      2mol      0
變化量:x         2x      x
平衡量:1-x      2-2x     x
平衡時,CH3OH的體積分數(shù)為10%,則$\frac{x}{1-x+2-2x+x}$×100%=10%,x=0.25,所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%,故答案為:25%;
②根據(jù)圖示信息:X軸上a點的數(shù)值比b點小,隨著Y值的增加,CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)減小,平衡逆向移動,故Y表示溫度,故答案為:;溫度;隨著Y值的增加,CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)減小,平衡逆向移動,故Y表示溫度;
(3)CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則反應消耗的CO的物質(zhì)的量為:2mol×50%=1mol,根據(jù)反應CO(g)+2H2(g)=CH30H(g)可知,反應消耗氫氣的物質(zhì)的量為1mol×2=2mol,反應生成甲醇的物質(zhì)的量為1mol,
則達到平衡時各組分的濃度為:c(CO)=0.5mol/L,c(H2)=1mol/L,c(CH30H)=0.5mol/L,
所以該溫度下該反應的平衡常數(shù)為:K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1,
故答案為:1;
(4)電解時,二氧化碳在陰極上生成乙烯,電極反應式為2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O,在陽極上發(fā)生反應:4OH--4e-=O2↑+2H2O,陽極產(chǎn)生lmol氧氣時,消耗2mol水,質(zhì)量減輕36g,故答案為:2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O;36.

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)的計算、平衡移動原理的應用,題目難度中等,明確化學平衡常數(shù)的概念及表達式為解答關鍵,本題也可以利用三段式計算,試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力.

練習冊系列答案
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1.X、Y均為第3周期主族非金屬元素,且Y的族序數(shù)大于X的族序數(shù).下列說法正確的是( 。
A.原子序數(shù):X>Y
B.非金屬性:X>Y
C.最高價氧化物對應的水化物酸性:X>Y
D.原子半徑:X>Y

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2.下圖是由短周期元素組成的一些單質(zhì)及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關系圖(某些反應的條件和生成物已略去),其中A、B、D在常溫下均為無色無刺激性氣味的氣體,M是最常見的無色液體.
(1)物質(zhì)G的化學式:HNO3
(2)物質(zhì)B的電子式:
(3)反應G→E的離子方程式3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O;
(4)在250mL某混合溶液中,HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別為0.2mol•L-1和0.1mol•L-1.向該混合溶液中加入2.88g銅粉,加熱充分反應.計算所得溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度0.15mol/L(假設反應后溶液的體積為250mL).

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19.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大.X原子的最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的2倍,Y是地殼中含量最高的元素,Z2+與Y2-具有相同的電子層結(jié)構(gòu),W與X同主族.下列說法正確的是( 。
A.離子半徑:r(Z2+)>r(Y2-
B.Y的氣態(tài)簡單氫化物的熱穩(wěn)定性比氮元素的氣態(tài)簡單氫化物強
C.Y分別與Z、W形成的化合物中化學鍵類型相同
D.X、Y、Z、W元素的最高正價均等于其所在族的族序數(shù)

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6.低濃度SO2廢氣的處理是工業(yè)難題,目前常用的兩種方法如下:
方法Ⅰ(圖1):

(1)反應器中發(fā)生反應:3H2(g)+SO2(g)?H2S(g)+2H2O(g)
①H2S的穩(wěn)定性比H2O弱(填“強”或“弱”),原因是氧和硫元素處于同主族,從上到下,原子半徑逐漸增大,得電子能力減弱,元素的非金屬性減弱.
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(2)工業(yè)上先用二乙醇胺吸收H2S,然后在再生塔中加熱分解重新獲得H2S,主要目的是富集H2S(獲得高濃度H2S).
(3)燃燒室內(nèi),1mol H2S氣體完全燃燒生成固態(tài)硫磺及氣態(tài)水,釋放a kJ能量,其熱化學方程式為2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(g)△H=-2a kJ/mol.
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(4)Na2SO3溶液吸收SO2的化學方程式是Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3
(5)通過電解法可分離NaHSO3與Na2SO3混合物,實現(xiàn)Na2SO3的循環(huán)利用,示意圖如圖3:簡述分離NaHSO3與Na2SO3混合物的原理陽極2H2O-4e-=4H++O2↑,c(H+)增大,H+由a室經(jīng)陽離子交換膜進入b室,H+與SO32-結(jié)合生成HSO3-,Na2SO3轉(zhuǎn)化為NaHSO3.陰極2H+-2e-=H2↑,導致HSO3-?H++SO32-正向移動,Na+從b室進入c室,NaHSO3轉(zhuǎn)化為Na2SO3

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16.鐵鉻氧化還原液流電池是一種低成本的儲能電池,電池結(jié)構(gòu)如下圖所示,工作原理為:Fe3++Cr2+$?_{充電}^{放電}$Fe2++Cr3+.下列說法正確的是(  )
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20.下列物質(zhì)的性質(zhì)與應用對應關系錯誤的是( 。
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9.甲同學通過測定該反應發(fā)生時溶液變渾濁的時間,研究外界條件對化學反應速率的影響.設計實驗如表(所取溶液體積均為5mL):
實驗編號實驗溫度/℃c(Na2S2O3)/mol•L-1c(H2SO4)/mol•L-1
250.10.1
250.20.2
500.20.1
500.10.1
(1)其他條件不變時:探究溫度對化學反應速率的影響,應選擇①④(填實驗編號).
(2)Na2S2O3和H2SO4反應的化學方程式為Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O.
(3)若實驗①中加入反應物各5mL后加入10mL水,出現(xiàn)渾濁的時間為t1,實驗②中加入反應物各5mL后加入30mL水,出現(xiàn)渾濁的時間為t2,則t1=t2(選填“>”、“<”或“=”)

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