【題目】綠色生態(tài)文明是未來(lái)的發(fā)展主題,而CO2的有效利用可以緩解溫室效應(yīng),解決能源短缺問(wèn)題。

(1)CO2CH4經(jīng)催化重整,制得合成氣:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H

已知:反應(yīng)1 CH4(g)═C(s)+2H2(g) H1= +75kJ/mol

反應(yīng)2 2CO(g)═C(s)+CO2(g) H2=172kJ/mol

則該催化重整反應(yīng)的H=___kJmol-1

(2)有科學(xué)家提出可利用FeO吸收CO26FeO(s)+CO2(g)2Fe3O4(s)+C(s),對(duì)該反應(yīng)的描述正確的是__

A.增大FeO的投入量,利于平衡正向移動(dòng)

B.壓縮容器體積,可增大CO2的轉(zhuǎn)化率,c(CO2)減小

C.恒溫恒容下,氣體的密度不變可作為平衡的標(biāo)志

D.恒溫恒壓下,氣體摩爾質(zhì)量不變可作為平衡的標(biāo)志

E.若該反應(yīng)的H0,則達(dá)到化學(xué)平衡后升高溫度,CO2的物質(zhì)的量會(huì)增加

(3)為研究CO2CO之間的轉(zhuǎn)化,讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng):C(s)+CO2(g)2CO(g) H,測(cè)得壓強(qiáng)、溫度對(duì)CO的體積分?jǐn)?shù)[φ(CO)%]的影響如圖所示,回答下列問(wèn)題:

①圖中p1p2、p3的大小關(guān)系是______,圖中ab、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)Ka、KbKc的大小關(guān)系是______。

900℃、1.013MPa時(shí),1molCO2與足量碳反應(yīng)達(dá)平衡后容器的體積為VL,CO2的轉(zhuǎn)化率為___(保留一位小數(shù)),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K___

③將②中平衡體系溫度降至640℃,壓強(qiáng)降至0.1013MPa,重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%。條件改變時(shí),正反應(yīng)速率______逆反應(yīng)速率(“>”、“<”“=”)。

(4)NaOH溶液中通入一定量的CO2氣體,所得溶液中c(HCO3-)c(CO32-)=41,此時(shí)溶液pH=______。(已知:室溫下,H2CO3k1=4×10-7,k2=5×10-11。lg2=0.3

【答案】+247 CE p1<p2<p3 Ka=Kb<Kc 66.7% < 9.7

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律,將已知的兩個(gè)熱化學(xué)方程式疊加,可得催化重整的熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱;

(2)根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征及外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響分析判斷;

(3)①反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng),隨著反應(yīng)進(jìn)行,體系壓強(qiáng)增大;化學(xué)平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變;

900℃、1.013MPa時(shí),平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為80%,計(jì)算CO2轉(zhuǎn)化的量,轉(zhuǎn)化率就是轉(zhuǎn)化的量與起始量比值的百分?jǐn)?shù),將各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù);

③根據(jù)改變條件前后CO2的體積分?jǐn)?shù)的變化判斷,根據(jù)反應(yīng)商判斷化學(xué)反應(yīng)的方向;

(4)所得溶液c(HCO3-)c(CO32-)=41,根據(jù)K2==5×10-11,計(jì)算c(H+),再根據(jù)pH=-lgc(H+)計(jì)算溶液pH。

(1)CH4(g)═C(s)+2H2(g) H1= +75kJ/mol

2CO(g)═C(s)+CO2(g) H2=172kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律,將熱化學(xué)方程式①-②,整理可得:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H=+(75+172)kJ/mol=+247kJ/mol;

(2) A.FeO是固體,增大FeO的投入量,不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng),A錯(cuò)誤;

B.該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),壓縮容器體積,即增大壓強(qiáng),化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動(dòng),最終達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率增大,但平衡移動(dòng)的趨勢(shì)是微弱的,不能抵消。又由于壓縮體積導(dǎo)致的物質(zhì)的濃度增大,因此平衡時(shí)c(CO2)增大,B錯(cuò)誤;

C.恒溫恒容時(shí),氣體的質(zhì)量是變量,容器的容積不變,氣體的密度也為變量,若氣體密度不變,則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),因此可作為平衡的標(biāo)志,C正確;

D.反應(yīng)混合物中只有CO2為氣體,恒溫恒壓下,氣體摩爾質(zhì)量始終不變,因此不可作為平衡的標(biāo)志,D錯(cuò)誤;

E.若該反應(yīng)的△H0,則達(dá)到化學(xué)平衡后,若升高溫度,化學(xué)平衡逆向移動(dòng),最終達(dá)到平衡時(shí)CO2的物質(zhì)的量會(huì)增加,E正確;

故合理選項(xiàng)是CE;

(3)①反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體體積增大的反應(yīng),隨著反應(yīng)進(jìn)行,體系壓強(qiáng)增大。減小壓強(qiáng)有助于化學(xué)平衡正向移動(dòng),表明壓強(qiáng)低時(shí)對(duì)應(yīng)著的CO體積分?jǐn)?shù)較高,則p1p2、p3的大小關(guān)系是:p1<p2<p3;

化學(xué)平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變,在壓強(qiáng)不變時(shí),升高溫度,CO含量增大,說(shuō)明升高溫度,化學(xué)平衡正向移動(dòng),化學(xué)平衡常數(shù)增大,因此a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是:Ka=Kb<Kc;

900℃、1.013MPa時(shí),設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為xmol,則平衡時(shí)n(CO)=2x,n(CO2)=1-x,根據(jù)圖象可知平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為80%,則×100%=80%,解得x=,所以CO2的轉(zhuǎn)化率為:×100%=66.7%;

平衡時(shí)各種氣體的濃度,c(CO)=,c(CO2)=,所以根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的含義,可得此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=;

③反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng),降低壓強(qiáng),升高溫度均有利于反應(yīng)正向進(jìn)行,所以將②中平衡體系溫度降至640℃,壓強(qiáng)降至0.1013 MPa,降低溫度減小壓強(qiáng),使正、逆反應(yīng)速率均減小,重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%,設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為ymol,則平衡時(shí)n(CO2)=1-y,n(CO)=2y,則:=50%,解得y=mol<mol,可見重新達(dá)到平衡時(shí),體系中CO含量降低,CO2含量升高,即化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),所以v()<v();

(4)所得溶液c(HCO3-)c(CO32-)=41,由于K2==5×10-11,則c(H+)=2.0×10-10,所以溶液的pH=-lgc(H+)=10-0.3=9.7。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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A.閉合K1時(shí),Na2SO4開始電離

B.閉合K1時(shí),石墨a 附近溶液逐漸變紅

C.斷開K1、閉合K2時(shí),石墨a 附近溶液酸性逐漸減弱

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A. 若增大壓強(qiáng),則物質(zhì)Y的轉(zhuǎn)化率減小

B. 將容器體積變?yōu)?/span>20 LZ的平衡濃度變?yōu)樵瓉?lái)的

C. X的濃度變化表示的反應(yīng)速率為0.001 mol/(L·s)

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A.Kw的比較:a點(diǎn)比b點(diǎn)大

B.b點(diǎn)氨水與鹽酸恰好完全反應(yīng),且溶液中c(NH4+)=c(Cl-)

C.c點(diǎn)時(shí)溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=c(OH-)=c(H+)

D.d點(diǎn)時(shí)溶液中c(NH3H2O)+2c(OH-)=c(NH4+)+2c(H)

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混合氣體的壓強(qiáng)不變

混合氣體的密度不變

③C(g)的物質(zhì)的量濃度不變

容器內(nèi)A、C、D三種氣體的濃度之比為2:1:1

單位時(shí)間內(nèi)生成n molD,同時(shí)生成2n mol A

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