聯(lián)合國氣候變化大會2009年12月7日在丹麥首都哥本哈根拉開帷幕,降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2,引起了各國的普遍重視.
(1)工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇.298.15K時,CO2、H2、與CH3OH、H2O的平均能量與合成甲醇反應的活化能的曲線圖如圖所示,據(jù)圖回答問題:

①寫出合成甲醇反應的熱化學方程式
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-(n-m)kJ?mol-1
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-(n-m)kJ?mol-1
;
②在圖中曲線
b
b
(填“a”或“b”)表示加入催化劑的能量變化曲線,催化劑能加快反應速率的原理是
催化劑能降低該反應的活化能,提高活化分子的百分數(shù),化學反應速率加快
催化劑能降低該反應的活化能,提高活化分子的百分數(shù),化學反應速率加快

③在體積為l L的密閉容器中,充入lmol CO2和3mol H2,測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示.

從反應開始到平衡,甲醇的平均反應速率v(CH3OH)=
0.075mol?L-1?min-1
0.075mol?L-1?min-1
;
該反應的平衡常數(shù)k=
16
3
16
3

(2)乙醇是重要的化工產品和液體燃料,同樣可以利用CO2反應制取乙醇:
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)   25℃時,K=2.95×1011
在一定壓強下,測得反應的實驗數(shù)據(jù)如下表.分析表中數(shù)據(jù)回答下列問題:

500 600 700 800
1.5 45 33 20 12
2.0 60 43 28 15
3.0 83 62 37 22
①溫度升高,K值
減小
減小
(填“增大”、“減小”、或“不變”).
②提高氫碳比[n(H2)/n(CO2)],K值
不變
不變
(填“增大”、“減小”、或“不變”),對生成乙醇
有利
有利
(填“有利”或“不利”).
③在右圖的坐標系中作圖說明壓強變化對反應①的化學平衡的影響.并對圖中橫坐標、縱坐標的含義作必要的標注.
分析:(1)①根據(jù)能量守恒計算出反應熱,再根據(jù)熱化學方程式的書寫解答;
②使用催化劑改變反應歷程,降低該反應的活化能,提高活化分子的百分數(shù),化學反應速率加快,不影響反應熱;
③根據(jù)圖表用三段式解題法計算出平衡時反應混合物各組分的濃度,根據(jù)v=
△c
△t
計算v(CH3OH);代入該反應的平衡常數(shù)為k=
c(H2O)c(CH3OH)
c(CO2)[C(H2)]3
計算平衡常數(shù);
(2)①根據(jù)表格可知,其它條件不變時,升高溫度,CO2轉化率減小,說明平衡向逆反應方向移動;
②平衡常數(shù)k只受溫度影響,溫度不變,平衡常數(shù)不變;
根據(jù)表格可知,其它條件不變時,提高氫碳比[n(H2)/n(CO2)],CO2轉化率增大,說明平衡向正反應方向移動;
③該反應為反應前后氣體體積減小的反應,增大壓強平衡向體積減小的反應方向移動,即向正反應移動,乙醇的含量增大,H2、CO2,含量降低,據(jù)此作圖.
解答:解:(1)由圖可知,反應熱△H=-(n-m) kJ?mol-1,熱化學反應方程式為CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H=-(n-m) kJ?mol-1,故答案為:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H=-(n-m) kJ?mol-1
②催化劑改變反應歷程,降低該反應的活化能,反應熱取決于反應物與生成物的總能量,與途徑無關,不影響反應熱,所以b線表示使用催化劑;催化劑改變反應歷程,降低該反應的活化能,提高活化分子的百分數(shù),化學反應速率加快,
故答案為:b;催化劑能降低該反應的活化能,提高活化分子的百分數(shù),化學反應速率加快;
③利用三段式解題法計算   
                CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),
開始(mol/L):1        3                0        0
變化(mol/L):0.75     2.25             0.75      0.75 
平衡(mol/L):0.25    0.75             0.75      0.75
從反應開始到平衡,甲醇的平均反應速率v(CH3OH)=
0.75mol/L
10min
=0.075 mol?L-1?min-1,
平衡常數(shù)為k=
c(H2O)c(CH3OH)
c(CO2)[C(H2)]3
=
0.75×0.75
0.25×(0.75)3
=
16
3
,
故答案為:0.075 mol?L-1?min-1
16
3
;  
(2)①根據(jù)表格可知,其它條件不變時,升高溫度,CO2轉化率減小,說明平衡向逆反應方向移動,k值減小,故答案為:減;
②平衡常數(shù)k只受溫度影響,溫度不變,平衡常數(shù)不變,所以提高氫碳比[n(H2)/n(CO2)],K值不變;
根據(jù)表格可知,其它條件不變時,提高氫碳比[n(H2)/n(CO2)],CO2轉化率增大,說明平衡向正反應方向移動,有利于的合成.
故答案為:不變;有利;
③該反應為反應前后氣體體積減小的反應,增大壓強平衡向體積減小的反應方向移動,即向正反應移動,乙醇的含量增大,H2、CO2,含量降低,如圖所示
,故答案為:
點評:本題考查熱化學反應方程式、平衡計算、平衡常數(shù)及讀圖表獲取信息能力,難度中等,注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷、平衡常數(shù)的書寫來解答.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解

(2010?啟東市模擬)聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7-18日在哥本哈根召開.中國政府承諾,到2020
年,單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%.
(1)有效“減碳”的手段之一是節(jié)能.下列制氫方法最節(jié)能的是
C
C
.(填字母序號)
A.電解水制氫:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑    B.高溫使水分解制氫:2H2O
 高溫 
.
 
2H2↑+O2
C.太陽光催化分解水制氫:2H2O
   TiO2   
.
太陽光
2H2↑+O2
D.天然氣制氫:CH4+H2O
高溫
CO+3H2
(2)CO2可轉化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán).在體積為1L的密閉容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定條件下發(fā)生反應:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示.
①從3min到10min,v(H2)=
0.11
0.11
mol/(L?min).
②能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是
D
D
(選填編號).
A.反應中CO2與CH3OH的物質的量濃度之比為1:1(即圖中交叉點)
B.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C.單位時間內每消耗3mol H2,同時生成1mol H2O
D.CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
③下列措施中能使n (CH3OH)/n (CO2)增大的是
CD
CD
(選填編號).
A.升高溫度B.恒溫恒容充入He(g)
C.將H2O(g)從體系中分離    D.恒溫恒容再充入1mol CO2和3mol H2
④相同溫度下,如果要使氫氣的平衡濃度為1mol/L,則起始時應向容器中充入1mol CO2
3.58
3.58
mol H2,平衡時CO2的轉化率為
86.1%
86.1%

(參考數(shù)據(jù):
7
=2.64;
448
=21.166.計算結果請保留3位有效數(shù)字.)
(3)CO2加氫合成DME(二甲醚)是解決能源危機的研究方向之一.
2CO2(g)+6H2(g)→CH3OCH3(g)+3H2O.有人設想利用二甲醚制作燃料電池,
以KOH溶液做電解質溶液,試寫出該電池工作時負極反應的電極反應方程式
C2H6O+16OH--12e-═2CO32-+11H2O
C2H6O+16OH--12e-═2CO32-+11H2O

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科目:高中化學 來源: 題型:

聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7-18日在哥本哈根召開.中國政府承諾,到2020年,單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%.
(1)有效“減碳”的手段之一是節(jié)能.下列制氫方法最節(jié)能的是
C
C
.(填字母序號)
A.電解水制氫:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2
B.高溫使水分解制氫:2H2O
 高溫 
.
 
2H2↑+O2
C.太陽光催化分解水制氫:2H2O
   TiO2   
.
太陽光
2H2↑+O2
D.天然氣制氫:CH4+H2OCO+3H2
(2)CO2可轉化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán).在體積為1L的密閉容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定條件下發(fā)生反應:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,并達平衡.
①能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是
AD
AD
(選填編號).
A.混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化
B.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C.單位時間內每消耗3mol H2,同時生成1mol H2O
D.CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
②采取下列措施能使平衡時CO2轉化率增大的是
CD
CD
(選填編號).
A.升高溫度              B.恒溫恒容充入He(g)
C.將H2O(g)從體系中分離      D.恒溫恒容再充入1mol CO2和3mol H2
(3)CO2加氫合成DME(二甲醚)是解決能源危機的研究方向之一.
2CO2(g)+6H2(g)→CH3OCH3(g)+3H2O△H>0.請在坐標圖中畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖,并進行必要標注.

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科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解

聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7-18日在哥本哈根召開.中國政府承諾,到2020年,單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%.
(1)有效“減碳”的手段之一是節(jié)能.下列制氫方法最節(jié)能的是
C
C
.(填字母序號)
A.電解水制氫:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2
B.高溫使水分解制氫:2H2O
 高溫 
.
 
2H2↑+O2
C.太陽光催化分解水制氫:2H2O
   TiO2   
.
太陽光
2H2↑+O2
D.天然氣制氫:CH4+H2O
高溫
CO+3H2
(2)CO2加氫合成DME(二甲醚)是解決能源危機的研究方向之一.
2CO2(g)+6H2(g)→CH3OCH3(g)+3H2O△H>0.請在坐標圖中畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖如圖1,并進行必要標注.
(3)CO2可轉化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán).在體積為1L的密閉容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定條件下發(fā)生反應:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖2所示.
①從3min到10min,v(H2)=
0.11
0.11
mol/(L?min).
②能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是
D
D
(選填編號).
A.反應中CO2與CH3OH的物質的量濃度之比為1:1(即圖中交叉點)
B.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C.單位時間內每消耗3mol H2,同時生成1mol H2O
D.CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
③下列措施中能使
n(CH3OH)
n(CO2)
增大的是
CD
CD
(選填編號).
A.升高溫度
B.恒溫恒容充入He(g)
C.將H2O(g)從體系中分離
D.恒溫恒容再充入1mol CO2和3mol H2

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科目:高中化學 來源: 題型:

(2010?聊城模擬)聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7~18目在哥本哈根召開.中國政府承諾,到2020年,單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%.
(1)有效“減碳”的手段之一是節(jié)能.下列制氫方法最節(jié)能的是
C
C
(填字母序號).
A.電解水制氫:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2
B.高溫使水分解制氫:2H2O
 高溫 
.
 
2H2↑+O2
C.太陽光催化分解水制氫:2H2O
 太陽光 
.
催化劑
2H2↑+O2
D.天然氣制氫:CH4+H2O
高溫
 CO+3H2    
(2)用CO2和氫氣合成CH3OCH3(甲醚)是解決能源危機的研究方向之一.
己知:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7KJ?mol-1   ①
2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5KJ   ②
 CO2(g)+H2(g)△H=-41.2KJ?mol-1    ③
則反應2CO2(g)+6H2(g)→2CH3OH(g)+2H2O(g)的△H=
-122.5KJ?mol-1
-122.5KJ?mol-1

(3)CO2可轉化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán):CO2→CH3OH→HCOOH,用離子方程式表示HCOONa溶液呈堿性的原因
HCOO-+H2O=HCOOH+OH-
HCOO-+H2O=HCOOH+OH-
,寫出該反應的平衡常數(shù)(Kh)表達式:Kh=
C(HCOOH)C(OH-)
C(HCOO-)
C(HCOOH)C(OH-)
C(HCOO-)
,升高溫度,Kh
增大
增大
(選填“增大”、“減小”或“不變”).
(4)常溫下,將0.2mol?L-1HCOOH和0.1mol?L-1NaOH溶液等體積混合,所得溶液的pH<7,說明HC00H的電離程度
大于
大于
HCOONa的水解程度(填“大于”或“小于”).該混合溶液中離子濃度由大到小的順序是
C(HCOO-)>C(Na+)>C(H+)>C(OH-
C(HCOO-)>C(Na+)>C(H+)>C(OH-

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