【題目】如何降低大氣中CO2的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO2是當(dāng)前科學(xué)家研究的重要課題。

(1)利用H2CO2生產(chǎn)甲醇燃料。為探究該反應(yīng)原理,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):某溫度下,在容積為2 L的密閉容器中充入1 mol CO23.25 molH2,在一定條件下反應(yīng),測(cè)得CO2、CH3OH(g)H2O(g)的物質(zhì)的量(n)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。

①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到3min時(shí),氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=_________。

②下列措施中一定能使CO2的轉(zhuǎn)化率增大的是____________。

A.在原容器中再充入1 molCO2 B.在原容器中再充入1molH2

C.在原容器中充入1 molHe D.使用更有效的催化劑

E.縮小容器的容積 F.將水蒸氣從體系中分離出

(2)利用氫氣在一定條件下與二氧化碳反應(yīng)生成乙醇燃料,其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g) ΔH=akJ/mol,在一定條件下,測(cè)得該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問(wèn)題。

溫度(K)

CO 2轉(zhuǎn)化率/ (%)

500

600

700

800

1.5

45

33

20

12

2

60

43

28

15

3

80

61

35

21

①上述反應(yīng)的a________0(填大于小于)。該反應(yīng)自發(fā)的條件是__________(填高溫,低溫,或任意溫度)。

②恒溫下,向反應(yīng)體系中加入固體催化劑,則反應(yīng)產(chǎn)生的熱量________(增大、減小不變”)。

③在2L密閉容器中充入1molCO2,在 =3500K的溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),則反應(yīng)的平衡常數(shù)是_______________。

(3)鋰空氣電池是前景很廣的新穎電池,但鋰和空氣中的氮?dú)、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生副反應(yīng)是鋰-空氣電池的致命缺陷。所以應(yīng)在鋰金屬電極上加一個(gè)保護(hù)層。該技術(shù)的核心是鋰表面增加了一層由碳酸鋰/碳(Li2CO3/C)組成的致密的保護(hù)性涂層。涂層的過(guò)程:利用熔融碳酸鹽作電解質(zhì),直接由鋰金屬電極與二氧化碳通過(guò) 10 次充放電循環(huán),在電極的表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成。寫(xiě)出鋰電極生成致密保護(hù)涂層的電極反應(yīng)式___________________。利用一種鉀鹽水溶液作電解質(zhì),CO2電催化還原為乙烯,如圖所示。在陰極上產(chǎn)生乙烯的電極反應(yīng)式為_________________

【答案】0.25mol/(L·min) BEF 小于 低溫 不變 2Li-2e-+CO32-=Li2CO3 2CO2+12H++12e-=CH2=CH2+4H2O

【解析】

(1)①根據(jù)題目?jī)?nèi)容可知,該工業(yè)方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水;根據(jù)三段式計(jì)算出反應(yīng)混合物各組分的濃度變化量、平衡時(shí)的濃度,根據(jù)v=,計(jì)算出v(H2);

CO2的轉(zhuǎn)化率增大,平衡正向移動(dòng),根據(jù)影響平衡移動(dòng)的外界因素可以作判斷;

(2)①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小,結(jié)合平衡移動(dòng)原理得到反應(yīng)能量變化;

②催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響,所以加入催化劑,平衡不移動(dòng),反應(yīng)反應(yīng)熱不變;

③根據(jù)物質(zhì)的濃度、反應(yīng)溫度及CO2的轉(zhuǎn)化率,結(jié)合平衡常數(shù)的含義計(jì)算該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù);

(5)鋰電極生成致密保護(hù)涂層實(shí)質(zhì)上是鋰失去電子,與熔融鹽中的CO32-結(jié)合形成Li2CO3;CO2在鉀鹽的水溶液中獲得電子,被還原變?yōu)橐蚁?/span>

(1)①該工業(yè)方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水,反應(yīng)方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),根據(jù)反應(yīng)方程式可知,在3min時(shí),CH3OH(g)的物質(zhì)的量變化了0.5mol,c(CH3OH)==0.25mol/L,V(CH3OH)==mol/(Lmin),根據(jù)方程式可知V(H2)=3V(CH3OH)=3×mol/(Lmin)= 0.25mol/(L·min);

CO2的轉(zhuǎn)化率增大,平衡正向移動(dòng),根據(jù)影響平衡移動(dòng)的外界因素可以作判斷;

A.在原容器中再充入1mol CO2,CO2的總物質(zhì)的量在增加,雖然平衡在正向移動(dòng),根據(jù)勒夏特列原理可知,CO2的轉(zhuǎn)化率減小,A錯(cuò)誤;

B.在原容器中再充入1mol H2,平衡正向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率增大,B正確;

C.在原容器中充入1mol He,體積沒(méi)有變化,各成分濃度不變,平衡不移動(dòng),C錯(cuò)誤;

D.使用更有效的催化劑,對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響,D錯(cuò)誤;

E.縮小容器的容積,相當(dāng)于加壓,由于該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),所以平衡正向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率增大,E正確;

F.將水蒸氣從體系中分離出,減小生成物濃度,平衡正向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率增大,F正確;

故合理選項(xiàng)是BEF;

(2)①由圖表分析判斷,隨溫度升高,二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,說(shuō)明升高溫度,化學(xué)平衡逆向進(jìn)行,逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng),則正反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以a小于0,要提高CO2的轉(zhuǎn)化率,就要使平衡正向移動(dòng),由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),實(shí)驗(yàn)根據(jù)平衡移動(dòng)原理,可知反應(yīng)溫度要在低溫下進(jìn)行;

②催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響,所以加入催化劑,化學(xué)平衡不移動(dòng),化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱不變;

③在2L密閉容器中充入1molCO2,在 =3,根據(jù)表格可知在500K時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化率是80%

發(fā)生反應(yīng): 2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)

c(開(kāi)始)mol/L 0.5 1.5 0 0

c(改變)mol/L 0.4 1.2 0.2 0.6

c(平衡)mol/L 0.1 0.3 0.2 0.6

則在該溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),則反應(yīng)的平衡常數(shù)是K==

(5)鋰電極生成致密保護(hù)涂層實(shí)質(zhì)上是鋰失去電子,與熔融鹽中的CO32-結(jié)合形成Li2CO3,因此鋰電極的電極反應(yīng)式為:2Li-2e-+CO32-=Li2CO3;利用一種鉀鹽水溶液作電解質(zhì),CO2電催化下,與溶液中的H+及水反應(yīng),被還原為乙烯,則在陰極上產(chǎn)生乙烯的電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e-=CH2=CH2+4H2O。

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:

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源.

(1)利用二氧化碳合成甲醇來(lái)替代汽油。

已知:2CH3OH(l) +3O2(g)4H2O(l)+2CO2(g) H—1453.0 kJmol2H2(g) + O2(g)2H2O(l) H—571.6 kJmol

計(jì)算CO2(g)+3H2(g) CH3OH(l)+ H2O(l)的反應(yīng)熱△H___________ kJmol。

(2)下圖是反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)COCH3OH(g)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間(t)的變化曲線.從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí),用H2表示的反應(yīng)速率v(H2)=______________

(3)在一恒容的密閉容器中充入1mol CO2mol H2,發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H并達(dá)到平衡,CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(qiáng)(P)的變化曲線如圖所示.

①能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____(填選項(xiàng)字母)

AH2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2

BH2的體積分?jǐn)?shù)不再改變

CH2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

D.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

②比較平衡常數(shù)KA、KB、KC的大。____________

(4)在容積均為V L的甲、乙、丙三個(gè)密閉容器中分別充入amol CO2a mol H2,三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2T3且恒定不變,在其他條件相同的情況下,實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)均進(jìn)行到t min時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)如圖所示,此時(shí)三個(gè)容器中一定處在化學(xué)平衡狀態(tài)的是________(“T1“T2“T3”);

(5)電化學(xué)在我們的生產(chǎn)生活中占有越來(lái)越重要的地位。

①燃料電池是一種綠色環(huán)保、高效的化學(xué)電源。圖為甲醇燃料電池,則負(fù)極反應(yīng)式為_____________

②用甲醇燃料電池電解300mL飽和食鹽水(惰性電極),則電解的離子方程式為____________________,電解一段時(shí)間后,當(dāng)溶液的pH值為13時(shí),消耗O2的質(zhì)量為_______g。(忽略溶液體積變化)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】已知A(g) +B(g)C(g)+D(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系如下:

溫度/0C

800

830

1000

1200

平衡常數(shù)

1.1

1.0

0.5

0.4

回答下列問(wèn)題:

1)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=_____________,△H_____0(填“<” “>” “=”);

2830℃時(shí),向體積為10L的密閉容器中充入0.2molA0.2molB,如反應(yīng)初始到10s內(nèi)A的平均反應(yīng)速率v(A)=0.001 mol·L-1·s-1,則10s時(shí)c(D)=_____。此時(shí),該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài):___(填)。達(dá)到平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為__________,如果這時(shí)向該密閉容器中充入1mol氦氣,A的轉(zhuǎn)化率__________(填變大、變小不變)。

3)可用于判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)為________(填選項(xiàng)符號(hào)):

a、壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變 b、氣體的密度不再發(fā)生改變

c、c(D)不隨時(shí)間改變 d、單位時(shí)間內(nèi)生成AC的物質(zhì)的量相等

41000℃時(shí)反應(yīng)C(g)+D(g) A(g) +B(g)的平衡常數(shù)的值為___________。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】利用圖實(shí)驗(yàn)裝置,能得出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的是

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

A

濃醋酸

CaCO3

C6H5ONa

酸性:醋酸>碳酸>苯酚

B

Br2的苯溶液

鐵屑

AgNO3

苯和溴單質(zhì)在鐵催化劑作用下發(fā)生取代反應(yīng)

C

濃硫酸

乙醇

KMnO4

發(fā)生消去反應(yīng)生成乙烯

D

硫酸

Na2CO3

Na2SiO3

非金屬性:SCSi

A. AB. BC. CD. D

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】利用下圖所示的有機(jī)物X可生產(chǎn)S誘抗素Y。下列說(shuō)法正確的是

A. X結(jié)構(gòu)中有2個(gè)手性碳原子

B. X可以發(fā)生氧化、取代、酯化、加聚、縮聚反應(yīng)

C. Y既可以與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng),又可使酸性KMnO4溶液褪色

D. 1 mol X與足量NaOH溶液反應(yīng),最多消耗4 mol NaOH,1 mol Y最多能加成4 molH2

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】水是極弱的電解質(zhì),改變溫度或加入某些電解質(zhì)會(huì)影響水的電離。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

(1)純水在100 ℃時(shí),pH=6,該溫度下0.1 mol·L-1NaOH溶液的pH=_____________。

(2)體積均為100 mL、pH均為2的鹽酸與一元弱酸HX,加水稀釋過(guò)程中鹽酸的pH與溶液體積的關(guān)系如圖所示,則在圖上畫(huà)出HX加水至500mL稀釋過(guò)程中pH值的變化曲線_____,并說(shuō)明理由___________。

(3)電離平衡常數(shù)是衡量弱電解質(zhì)電離程度強(qiáng)弱的物理量。已知:

化學(xué)式

電離平衡常數(shù)(25 ℃)

HCN

K=4.9×10-10

CH3COOH

K=1.8×10-5

H2CO3

K1=4.3×10-7,K2=5.6×10-11

25 ℃時(shí),在0.5 mol·L-1的醋酸溶液中由醋酸電離出的c(H)約是由水電離出的c(H)_____倍。

(4)寫(xiě)出在NaCN溶液中通入少量CO2反應(yīng)的離子方程式________________________。

(5)某興趣小組為研究碳酸鈉水解平衡與溫度的關(guān)系,用數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)定一定濃度碳酸鈉溶液的pH與溫度的關(guān)系,得到曲線如圖,下列分析合理的是___________。

A 碳酸鈉水解是吸熱反應(yīng) B ab段說(shuō)明水解平衡向右移動(dòng)

C bc段說(shuō)明水解平衡向左移動(dòng) D 水的電離平衡也對(duì)pH產(chǎn)生影響

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖為元素周期表的一部分,都為短周期元素,Z元素的核電荷數(shù)為Q元素的2倍。下列說(shuō)法不正確的是(

A.X的位置是第3周期、第ⅣA

B.根據(jù)元素周期律,可以推測(cè)M元素的單質(zhì)具有半導(dǎo)體特性

C.X、YZ、Q的原子半徑依次減小,非金屬性依次降低

D.W的單質(zhì)和Q的氫化物在一定條件下可發(fā)生置換反應(yīng)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】金屬(M)空氣電池的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(  )

A.金屬M作電池正極

B.電解質(zhì)是熔融的MO

C.電路中轉(zhuǎn)移2 mol電子,理論上約消耗空氣56 L

D.電池總反應(yīng)為2MO22H2O=2M(OH)2

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】稠環(huán)芳烴如萘、菲、芘等均為重要的有機(jī)化工原料。下列說(shuō)法正確的是

A. 萘、菲、芘互為同系物B. 萘、菲、芘的一氯代物分別為2、5、3

C. 萘、菲、芘中只有萘能溶于水D. 萘、菲、芘的所有原子不可能處于同一平面

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同步練習(xí)冊(cè)答案