题目
题型:不详难度:来源:
(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)
答案
(2)①负; ②3O2+12e-+6H2O=12OH-(O2+4e-+2H2O=4OH-也算对) (3)
解析
试题分析:(1)①根据图像可知,反应进行到10min是物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,此时生成甲醇的物质的量浓度是0.75mol/L,则根据反应的方程式可知,消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3=2.25mol/L,所以v(H2)=2.25mol/L÷10min=0.225mol/(L•min)。
②在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,据此可以判断。A、根据方程式可知,反应两边气体的体积不相等,恒温、恒容时在反应过程中压强是变化的,当容器内的压强不再变化使,可以证明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故A正确;B、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,即气体的密度始终不变,所以恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化不能说明反应是否达到平衡状态,B不正确;C、一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变,说明正逆反应速率,达到了平衡状态,故C正确;D、根据方程式可知,一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时,必然生成1molCH3OH,因此用H2、CH3OH的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为3:1的状态,不能判断正逆反应速率是否相等,故D错误,因此答案为A、C。
③A、催化剂不能改变平衡状态,所以加入催化剂不能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,A不正确;B、充入He气,参加反应的物质的浓度不变,平衡不移动,即平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)不变,故B错误;C、将H2O(g)从体系中分离,生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,则平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确;D、该反应正反应为放热反应,则降低温度平衡向正反应方向移动,能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正确,答案选C、D。
④化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,即K=。达到平衡时,c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=0.75mol/L,根据方程式可知c(H2O)=0.75mol/L。同样根据反应方程式,反应氢气的消耗浓度为生成的甲醇浓度的3倍,所以平衡状态时氢气的浓度为=3mol/L-3×0.75mol/L=0.75mol/L,因此K==≈5.33。
⑤该反应正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,所以K2<K1。
(2)原电池中负极失去电子,发生氧化反应。正极得到电子,发生还原反应,所以根据电池总反应式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O可知,甲醇是还原剂,氧气是氧化剂,因此充入CH3OH的电极为负极,氧气在正极通入。由于电解质是=碱性溶液,所以充入O2的电极反应式为3O2+12e-+6H2O=12OH-。
(3)已知反应①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1、②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2,则根据盖斯定律可知,(①-②)÷2即得到反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g),所以该反应的反应热△H=。
核心考点
试题【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】;主要考察你对焓变、反应热等知识点的理解。[详细]
举一反三
(1)已知:
化学键 | 断开1mol化学键所需的能量(kJ) |
H—H | 436 |
O—H | 463 |
O=O | 498 |
②H2O(g)分解的热化学方程式是 。
③11.2 L(标准状况)的H2完全燃烧,生成气态水,放出 kJ的热量。
(2)某同学以H2O2分解为例,探究浓度与溶液酸碱性对反应速率的影响。常温下,按照如表所示的方案完成实验。
实验编号 | 反应物 | 催化剂 | |
a | 50 mL 5% H2O2溶液 | | 1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 |
b | 50 mL 5% H2O2溶液 | 少量浓盐酸 | 1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 |
c | 50 mL 5% H2O2溶液 | 少量浓NaOH溶液 | 1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 |
d | 50 mL 5% H2O2溶液 | | MnO2 |
图1 图2
由该图能够得出的实验结论是_________。
②测得实验d在标准状况下放出氧气的体积随时间变化的关系如图2所示。解释反应速率变化的原因: 。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=—393.5 kJ·mol-1 ①
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH2=—483.6 kJ·mol-1 ②
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH3=+131.3 kJ·mol-1 ③
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),ΔH= kJ·mol-1。标准状况下的煤炭气(CO、H2)33.6 L与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应过程中转移 mol e-。
(2)密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g);CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。
①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态,此时在A点时容器的体积为VAL,则该温度下的平衡常数K= ;A、B两点时容器中物质的物质的量之比为n(A)总:n(B)总= 。
②若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
③在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是 。
A.降温 B.加压 C.使用催化剂 D.将甲醇从混合体系中分离出来
(1)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH2
则反应2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH= (用含ΔH1、ΔH2表示)
(2)若反应温度升高,CO2的转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)写出在酸性环境中,甲醇燃料电池中的正极反应方程式
Ⅱ:生产甲醇的原料H2可用如下方法制得:CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g),一定温度下,将2 mol CH4和4 mol H2O通入容积为10L的密闭反应室中,反应中CO的物质的量浓度的变化情况如图所示,请回答下列问题:
(4)反应进行到4分钟到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡,平均反应速率v(H2)为 ;并求此反应在此温度下的平衡常数(在答题卡对应的方框内写出计算过程)。
(5)在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后,若在第8分钟时达到新的平衡(此时CO的浓度约为0.25 mol·L—1 ),请在图中画出第5分钟后H2浓度的变化曲线。
(1)CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-870.3 kJ/mol
(2)C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ/mol
(3)H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ/mol
则反应2C(s)+2H2(g)+O2(g)=CH3COOH(l)的ΔH为( )
A.-488.3 kJ/mol | B.-191 kJ/mol | C.-476.8 kJ/mol | D.-1 549.6 kJ/mol |
(1)已知:2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s);△H=-169kJ·mol-1,
C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H=-110.5kJ·mol-1,
Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s);△H=-157kJ·mol-1
用炭粉在高温条件下还原CuO生成Cu2O的热化学方程式是:
(2)在一定条件下,二氧化硫和氧气发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),写出该反应的化学平衡常数表达式:
(3)以甲烷、空气为反应物,KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池,则负极反应式为: 。
(4)铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀的电池反应方程式为 。
(5)“镁—次氯酸盐”燃料电池,其装置示意图如图,该电池反应的总反应方程式为_______________。
(6)工业上电解熔融氯化钠的方程式为 。
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