9.化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著重要的作用,如甲醇、乙醇、二甲醚(CH3OCH3)等都是新型燃料.
(1)在Cu2O/ZnO做催化劑的條件下CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),將CO(g)和H2(g)充入容積為2L的密閉容器中合成CH3OH(g),反應(yīng)過程中,CH3OH的物質(zhì)的量(n)與時(shí)間(t)及溫度的關(guān)系如圖1.

根據(jù)題意回答下列問題:
①反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$;
升高溫度,K值減。ㄌ睢霸龃蟆、“減小”或“不變”).
②在500℃,從反應(yīng)開始到平衡,氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=0.2mol•L-1•s-1
③若其它條件不變,對(duì)處于Z點(diǎn)的體系,將體積壓縮至原來的$\frac{1}{2}$,達(dá)到新的平衡后,下列有關(guān)該體系的說法正確的是bc.
a.氫氣的濃度與原平衡比減少    b.正、逆反應(yīng)速率都加快
c.甲醇的物質(zhì)的量增加       d.重新平衡時(shí)$\frac{n({H}_{2})}{n(C{H}_{3}OH)}$增大
(2)催化劑存在的條件下,在固定容積的密閉容器中投入一定量的CO和H2,可制得乙醇(可逆反應(yīng)).該反應(yīng)過程中能量變化如圖2所示:
①寫出CO和H2制備乙醇的熱化學(xué)反應(yīng)方程式2CO(g)+4H2(g)?CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H=-E2kJ/mol.
②在一定溫度下,向上述密閉容器中加入1mol CO、3mol H2及固體催化劑,使之反應(yīng).平衡時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為Q kJ,若溫度不變的條件下,向上述密閉容器中加入4mol CO、12mol H2及固體催化劑,平衡時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為w kJ,則w的范圍為4Q<w<2E2
(3)二甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效的優(yōu)良性能.以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料,石墨為電極可構(gòu)成燃料電池,其工作原理與甲烷燃料電池原理相類似.該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是CH3OCH3+16OH-12e-=2CO2-3+11H2O.

分析 (1)①根據(jù)平衡常數(shù)的概念,在300℃時(shí),結(jié)合方程式CO(g)+2H2(g)=CH3OH寫出平衡常數(shù)表達(dá)式;
②在500℃時(shí),達(dá)平衡時(shí)CH3OH的平衡物質(zhì)的量為0.5mol,可計(jì)算消耗氫氣的物質(zhì)的量,進(jìn)而計(jì)算反應(yīng)速率;
③縮小容器的體積相當(dāng)于加壓,然后根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)濃度、速率和化學(xué)平衡的影響來解答;
(2)①根據(jù)能量變化圖判斷反應(yīng)物和生成物,及計(jì)算反應(yīng)物與生成物的活化能差,由此該反應(yīng)熱化學(xué)方程式;
②在一定溫度下,向上述密閉容器中加入1mol CO、3mol H2,平衡時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為Q kJ小于$\frac{1}{2}$E2kJ,
該反應(yīng)前后氣體體積減小,增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng),若溫度不變的條件下,向上述密閉容器中加入4mol CO、12mol H2平衡時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為w kJ,如果4molCO完全反應(yīng)放出的熱量為2E2kJ,如果兩種情況下CO轉(zhuǎn)化率相同,則放出的熱量為4Q,實(shí)際上4molCO反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)化率大于1molCO,所以放出的熱量大于4Q;
(3)原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),甲醚在負(fù)極放電,堿性條件下生成碳酸根與水,據(jù)此寫出負(fù)極電極反應(yīng)式.

解答 解:(1)①根據(jù)平衡常數(shù)的概念,反應(yīng) CO(g)+2H2(g)=CH3OH平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$,
故答案為:$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$;
②在500℃,反應(yīng)2S達(dá)到平衡,密閉的容器容積為2L,生成CH3OH的物質(zhì)的量為0.4mol,v(CH3OH)=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2s}$=0.1mol•L-1•s-1,根據(jù)速率之比等于系數(shù)比,則氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=2v(CH3OH)=0.2mol•L-1•s-1.故答案為:0.2mol•L-1•S-1
③其他條件不變時(shí),將處于Z點(diǎn)的體系體積壓縮到原來的一半,容器的體積減小,則壓強(qiáng)增大,正逆反應(yīng)速率都增大,平衡向正向移動(dòng),甲醇的物質(zhì)的量n(CH3OH)增多,氫氣的物質(zhì)的量n(H2)減小,但由于體積減小的程度大,故平衡時(shí)氫氣的濃度反而增大(符合勒夏特列原理),重新平衡時(shí)$\frac{n(CO)}{n(C{H}_{3}OH)}$減;
故答案為:bc;
(2)①該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為2CO(g)+4H2(g)?CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H=-E2kJ/mol,故答案為:2CO(g)+4H2(g)?CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H=-E2kJ/mol;
②在一定溫度下,向上述密閉容器中加入1mol CO、3mol H2,平衡時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為Q kJ小于$\frac{1}{2}$E2kJ,
該反應(yīng)前后氣體體積減小,增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng),若溫度不變的條件下,向上述密閉容器中加入4mol CO、12mol H2平衡時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為w kJ,如果4molCO完全反應(yīng)放出的熱量為2E2kJ,如果兩種情況下CO轉(zhuǎn)化率相同,則放出的熱量為4Q,實(shí)際上4molCO反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)化率大于1molCO,所以放出的熱量大于4Q,所以放出的熱量4Q<w<2E2;故答案為:4Q<w<2E2;
(3)原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),甲醚在負(fù)極放電,堿性條件下生成碳酸根與水,電極反應(yīng)式為:CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O;
故答案為:CH3OCH3+16OH-12e-=2CO2-3+11H2O.

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合,涉及化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)熱計(jì)算、原電池原理等知識(shí)點(diǎn),側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力,明確化學(xué)平衡常數(shù)影響因素、原電池電極反應(yīng)式的書寫等知識(shí)點(diǎn)是解本題關(guān)鍵,注意:所有的平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與物質(zhì)的物質(zhì)的量多少及濃度無關(guān),難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫,要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

10.由一種陽離子與兩種酸根離子組成的鹽稱為混鹽.混鹽CaOCl2在酸性條件下可以產(chǎn)生Cl2,下列關(guān)于混鹽CaOCl2 的有關(guān)判斷不正確的是( 。
A.該混鹽的水溶液呈堿性
B.該混鹽具有較強(qiáng)的氧化性
C.該混鹽中氯元素的化合價(jià)為零
D.該混鹽與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生71gCl2時(shí)轉(zhuǎn)移1mol 電子

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

11.化合物Mg5Al3(OH)x(H2O)4可作環(huán)保型阻燃材料,受熱時(shí)會(huì)發(fā)生如下分解反應(yīng)(其中M是某種物質(zhì),a為化學(xué)計(jì)量數(shù)):2Mg5Al3(OH)x(H2O)4$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$27H2O↑+10M+aAl2O3
下列說法正確的是( 。
A.a=2
B.x=18
C.M的化學(xué)式為MgO
D.該反應(yīng)中Mg5Al3(OH)x(H2O)4既是氧化劑又是還原劑

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

8.在一定體積的密閉容器中,進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng):CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如表:
t/℃70080090010001200
K0.60.91.01.72.6
請(qǐng)回答下列問題:
(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c(CO)•c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})•c({H}_{2})}$.
(2)該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)(選填吸熱、放熱).
(3)某溫度下,平衡濃度符合下式:c(CO2)•c(H2)=c(CO)•c(H2O),試判斷此時(shí)的溫度為900℃
(4)900℃時(shí),在1L固定的密閉容器中,加入2mol CO2和1mol H2,反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后,測(cè)得CO的濃度為0.5mol/L,則此時(shí)該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)否(填“是”或“否”),此時(shí)v(正)大于v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”),達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為33.3%.
(5)化學(xué)平衡移動(dòng)原理同樣也適用于溶液中的平衡,已知在氨水中存在下列平衡:
NH3+H2O?NH3•H2O?NH4++OH-
①向氨水中加入MgCl2固體時(shí),平衡向右移動(dòng)(填“左”或“右”),溶液中OH-的濃度B(填序號(hào),下同),NH4+離子的濃度A.
A.變大B.變小C.不變
②向濃氨水中加入少量的NaOH固體,上述平衡向左移動(dòng)(填“左”或“右”),溶液中OH-的濃度A(填序號(hào),下同),NH4+離子的濃度B.
A.變大B.變小C.不變.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

4.“甲醇制取低碳烯烴技術(shù)(DMTO)”項(xiàng)目曾摘取了2014年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng).DMTO主要包括煤的氣化、液化、烯烴化三個(gè)階段.回答下列有關(guān)問題:
(1)煤的氣化.用化學(xué)方程式表示出煤的氣化的主要反應(yīng):C+H2O(g)$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H2
(2)煤的液化.下表中有些反應(yīng)是煤液化過程中的反應(yīng):
熱化學(xué)方程式平衡常數(shù)
500℃700℃
Ⅰ.2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H1=akJ•mol-12.50.2
Ⅱ.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)△H2=bkJ•mol-11.02.3
Ⅲ.3H2(g)+CO2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H3=ckJ•mol-1K34.6
①反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式為K1=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{{c}^{2}({H}_{2})×c(CO)}$.
②b>0(填“>”“<”或“=”),c與a、b之間的定量關(guān)系為c=a+b.
③K3=2.5(填具體的數(shù)值),若反應(yīng)Ⅲ是在500℃、容積為2L的密閉容器中進(jìn)行的,測(cè)得某一時(shí)刻體系內(nèi)H2、CO2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量分別為6mol、2mol、10mol、10mol,則此時(shí)CH3OH的生成速率>(填“>”“<”或“=”)CH3OH的消耗速率.
④對(duì)于反應(yīng)Ⅲ在容器容積不變的情況下,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是A、B.
A.升高溫度
B.將CH3OH(g)從體系中分離
C.使用合適的催化劑
D.充入He,使體系總壓強(qiáng)增大
(3)烯烴化階段.如圖1是某工廠烯烴化階段產(chǎn)物中乙烯、丙烯的選擇性與溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系(選擇性:指生成某物質(zhì)的百分比.圖中Ⅰ、Ⅱ表示乙烯,Ⅲ表示丙烯).

①為盡可能多地獲得乙烯,控制的生產(chǎn)條件為530℃,0.1Mpa.
②一定溫度下某密閉容器中存在反應(yīng):2CH3OH(g)?CH2=CH2(g)+2H2O(g)△H>0.在壓強(qiáng)為p1時(shí),產(chǎn)物水的物質(zhì)的量與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示,若t0時(shí)刻,測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)為10%,此時(shí)甲醇乙烯化的轉(zhuǎn)化率為85.7%(保留三位有效數(shù)字);若在t1時(shí)刻將容器容積快速擴(kuò)大到原來的2倍,請(qǐng)?jiān)趫D2中繪制出此變化發(fā)生后至反應(yīng)達(dá)到新平衡時(shí)水的物質(zhì)的量與時(shí)間的關(guān)系圖.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

14.【化學(xué)-選修2化學(xué)與技術(shù)】
許多含碳、氫物質(zhì)是重要的化工原料.
(1)某新型儲(chǔ)氫合金(化學(xué)式為Mg17Al12)的儲(chǔ)氫原理為Mg17Al12+17H2═17MgH2+12Al,此變化中還原產(chǎn)物是MgH2(填化學(xué)式).
(2)草酸的鈣鹽、鋇鹽、鎂鹽難溶于水.已知C2O3是無色無味氣體,可溶于水生成草酸(H2C2O4),寫出它溶于足量Ba(OH)2溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式C2O3+Ba(OH)2=BaC2O4↓+H2O.
(3)已知:幾個(gè)熱化學(xué)方程式如下:
①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H1=-198kJ•mol-1
②CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO2(g)△H2
③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H3=-846.3kJ•mol-1
化學(xué)鍵C≡O(shè)O═OC═O(CO2中)
鍵能(kJ•mol-1958.5497745
寫出甲烷與水蒸氣在高溫下制備合成氣(CO,H2)的熱化學(xué)方程式CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=30.7KJ/mol.
(4)向2L恒容密閉容器中充入3mol CH4(g)、4mol H2O(g),發(fā)生反應(yīng)制備CO、H2,測(cè)得溫度為t℃時(shí),容器內(nèi)H2的物質(zhì)的量濃度(mol•L-1)隨時(shí)間的變化如圖中II曲線所示.圖中I、III分別表示相對(duì)于II僅改變反應(yīng)條件后,c(H2)隨時(shí)間的變化.
①若曲線I僅代表改變一種條件后的情況,則改變的條件可能是升溫;a、b兩點(diǎn)用CO濃度變化表示的凈反應(yīng)速率關(guān)系為a<b;
②曲線II對(duì)應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)K為54.該溫度下,若將等物質(zhì)的量濃度的CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)混合充入該容器中,則開始進(jìn)行方向是無法確定(填:向左、向右、平衡或無法確定).
③曲線III相對(duì)于曲線II改變的條件是B.
A.降低溫度     B.使用催化劑、降低溫度    C.加壓.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

1.(1)用CO2和氫氣合成CH3OCH3(甲醚)是解決能源危機(jī)的研究方向之一.
已知:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ•mol-1K1
2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ•mol-1K2
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ•mol-1K3
(1)則CO2和氫氣合成CH3OCH3(g)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5kJ/mol;
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{{K}_{3}}^{2}}$(用K1、K2、K3表示)
(2)如圖表示在密閉容器中反應(yīng):2SO2+O2?2SO3△H<0達(dá)到平衡時(shí),由于條件改變而引起反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的變化情況,a→b過程中改變的條件可能是升高溫度;b→c過程中改變的條件可能是將SO3從體系中分離出來.
(3)在10L恒容密閉容器中充入X(g)和Y(g),發(fā)生反應(yīng)X(g)+Y(g)═M(g)+N(g),所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:
實(shí)驗(yàn)
編號(hào)
溫度/℃起始時(shí)物質(zhì)的量/mol平衡時(shí)物質(zhì)的量/mol
n(X)n(Y)n(M)
7000.400.100.090
8000.100.400.080
8000.200.30a
9000.100.15b
則實(shí)驗(yàn)③中達(dá)到平衡時(shí)X的轉(zhuǎn)化率為60%; 實(shí)驗(yàn)④中達(dá)到平衡時(shí)b<(填“>”“<”或“=”)0.060.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:推斷題

18.已知A、B、C為中學(xué)常見的氣體單質(zhì),甲、乙、丙、丁為常見的化合物,甲的水溶液呈堿性.它們之間有如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系(部分產(chǎn)物及反應(yīng)條件已略去)
請(qǐng)回答:
(1)乙的名稱為氯化氫,丙轉(zhuǎn)化為丁的離子方程式為Ag++Cl-=AgCl↓
(2)實(shí)驗(yàn)室可通過各種方法制備甲,下列關(guān)于制取和收集甲的實(shí)驗(yàn)的敘述中正確的是①③
①甲氣體不能用排水法收集         
②實(shí)驗(yàn)室只用丙藥品就可以制取甲.
③可用甲的濃溶液和生石灰為原料制取甲
(3)檢驗(yàn)丙中陽離子的方法是取丙的溶液少許于試管中,加入NaOH溶液后,加熱,若能產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)的紫色石蕊試紙變藍(lán)的氣體,證明丙中含NH4+

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.處理生活污水中的NH4+,過程如下:
(1)空氣將NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-或NO2-,溶液pH減。ㄌ睢霸龃蟆、“減小”或“不變”).
(2)根據(jù)較新的研究表明,將只含NO2-的污水與含NH4+的污水按比例混合,直接轉(zhuǎn)化為無毒氣體,該氣體為N2.此方法的優(yōu)點(diǎn)是不消耗甲醇等還原劑,減少原材料.
(3)完全處理含1mol NH4+污水,則n(O2)與n(CH3OH)關(guān)系式為4n(O2)=3+6n(CH3OH)[以n(O2)與n(CH3OH)表示].

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