4.實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”的一項重要課題就是如何將CO2轉(zhuǎn)化為可利用的資源.目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇.一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g),圖1表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ•mol-1)的變化:

(1)關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中,正確的是C(填字母).
A.△H>0,△S>0  B.△H>0,△S<0  C.△H<0,△S<0  D.△H<0,△S>0
(2)為探究反應(yīng)原理,現(xiàn)進行如下實驗,在體積為l L的密閉容器中,充入l mol CO2和4mol H2,一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖2所示.
①從反應(yīng)開始到平衡,CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)=0.075mol/(L•min);H2的轉(zhuǎn)化率w(H2)=56.25%.
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$.
③下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是BD (填字母).
A.升高溫度
B.將CH3OH(g)及時液化抽出
C.選擇高效催化劑
D.再充入l molCO2和4molH2
(3)25℃,1.01×105Pa時,16g 液態(tài)甲醇完全燃燒,當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時,放出363.3kJ的熱量,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1
(4)選用合適的合金為電極,以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料,可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池,此電池的負極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水;其負極的電極反應(yīng)式是:CH3OH+8OH?-6e-=CO32-+6H2O.

分析 (1)正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減少,混亂度減。挥捎诜磻(yīng)物能量高于生成物的能量,反應(yīng)是放熱反應(yīng);
(2)二氧化碳是反應(yīng)物,隨反應(yīng)進行濃度減小,甲醇是生成物,隨反應(yīng)進行濃度增大,10nim內(nèi)達到平衡,生成甲醇濃度為0.75mol/L,二氧化碳濃度變化了0.75mol/L,則:
               CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L):1        4        0         0
變化量(mol/L):0.75     2.25     0.75      0.75
平衡量(mol/L):0.25     1.75     0.75       0.75
①根據(jù)c=$\frac{△c}{△t}$計算v(CO2),氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{氫氣濃度變化量}{氫氣起始濃度}$×100%;
②平衡常數(shù)是:一定溫度下,可逆反應(yīng)得到平衡時,生成物濃度系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積之比;
③A.反應(yīng)是放熱反應(yīng),升溫平衡逆向進行;
B.將CH3OH(g)及時液化抽出,減小生成物的量平衡正向進行;
C.選擇高效催化劑只能改變速率,不改變化學(xué)平衡;
D.再充入l molCO2和3molH2,增大壓強平衡正向進行;
(3)25℃,1.01×105Pa時,16g液態(tài)甲醇完全燃燒,當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時,放出363.3kJ的熱量,則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時,放出熱量=363.3kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g}$=726.6kJ,注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式;
(4)本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水,生成的二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)反應(yīng)生成碳酸鈉,而負極發(fā)生氧化反應(yīng),則負極應(yīng)加入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水,甲醇在負極失去電子,堿性條件下生成碳酸根離子與水.

解答 解:(1)正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減少,混亂度減小,故△S<0;由于反應(yīng)物能量高于生成物的能量,反應(yīng)是放熱反應(yīng),則△H<0,
故選:A;
(2)二氧化碳是反應(yīng)物,隨反應(yīng)進行濃度減小,甲醇是生成物,隨反應(yīng)進行濃度增大,10nim內(nèi)達到平衡,生成甲醇濃度為0.75mol/L,二氧化碳濃度變化了0.75mol/L,則:
               CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L):1       4         0         0
變化量(mol/L):0.75    2.25      0.75      0.75
平衡量(mol/L):0.25    1.75      0.75      0.75
①則v(CO2)=$\frac{0.75mol}{10min}$=0.075mol/(L•min),氫氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.25mol/L}{4mol/L}$×100%=56.25%,
故答案為:0.075mol/(L•min);56.25%;
②平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$,故答案為:$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$;
③A.反應(yīng)是放熱反應(yīng),升溫平衡逆向進行,故A錯誤;
B.將CH3OH(g)及時液化抽出,減小生成物的量平衡正向進行,故B正確;
C.選擇高效催化劑只能改變速率,不改變化學(xué)平衡,故C錯誤;
D.再充入l molCO2和3molH2,增大壓強平衡正向進行,故D正確,
故選:BD;
(3)25℃,1.01×105Pa時,16g液態(tài)甲醇完全燃燒,當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時,放出363.3kJ的熱量,則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時,放出熱量=363.3kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g}$=726.6kJ,故甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1
故答案為:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1;
(4)本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水,生成的二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)反應(yīng)生成碳酸鈉,而負極發(fā)生氧化反應(yīng),則負極應(yīng)加入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水,甲醇在負極失去電子,堿性條件下生成碳酸根離子與水,負極電極反應(yīng)式為:CH3OH+8OH?-6e-=CO32-+6H2O,
故答案為:甲醇、氫氧化鈉、水;CH3OH+8OH?-6e-=CO32-+6H2O.

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、熱化學(xué)方程式書寫、原電池等,注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握,難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

6.已知反應(yīng)Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2+H2O,下列各組實驗中反應(yīng)最快的是( 。
組號反應(yīng)溫度
(℃)
參加反應(yīng)的物質(zhì)H2O體積(mL)
Na2S2O3H2SO4
體積(mL)濃度(mol.L-1體積(mL)濃度(mol.L-1
A1050.1100.15
B1050.150.110
C3050.150.110
D3050.250.210
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

7.如圖是中學(xué)化學(xué)常見的裝置,可用該裝置驗證元素非金屬性的強弱.
(1)為驗證元素的非金屬性:Cl>C,若固體a選用Na2CO3,則溶液a應(yīng)選用高氯酸溶液.
(2)為驗證元素的非金屬性:N>C>Si.溶液a選用濃硝酸,固體a選用Na2CO3,溶液b選用Na2SiO3溶液.老師指出這種設(shè)計不合理,其原因是生成的二氧化碳中含有硝酸,硝酸也能和硅酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀,從而影響碳酸和硅酸鈉的反應(yīng),改進的措施可以是在b裝置制取加入一個飽和碳酸氫鈉溶液裝置;
(3)若溶液a是H2O2溶液,固體a是二氧化錳,溶液b是Na2SO3溶液,打開活塞一段時間,設(shè)計實驗證Na2SO3已被氧化:取少量亞硫酸鈉溶液于試管中,加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液,如果產(chǎn)生白色沉淀就證明亞硫酸鈉被氧化,若溶液b為H2S溶液,請你描述燒杯中現(xiàn)象:燒杯中產(chǎn)生.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

12.溴苯是一種化工原料,實驗室合成溴苯的裝置示意圖及有關(guān)數(shù)據(jù)如下:
溴苯
密度/g•cm-30.883.101.50
沸點/℃8059156
水中溶解度微溶微溶微溶
按以下步驟回答問題:
(1)在a中加入15mL無水苯和少量鐵屑.在b中小心加入4.0mL液態(tài)溴.向a中滴入幾滴溴,a中液體立即沸騰,并有紅棕色蒸氣出現(xiàn);a中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2Fe+3Br2═2FeBr3、;繼續(xù)滴加至液溴滴完.儀器a的名稱是三頸燒瓶;裝置d中的作用是吸收HBr氣體.儀器c為冷凝管,其進水口為下(填“上”或“下”)口.
(2)液溴滴完后,經(jīng)過下列步驟分離提純:
①向a中加入10mL水,然后過濾除去未反應(yīng)的鐵屑;
②濾液依次用10mL水、8mL 10%的NaOH溶液、10mL水洗滌.NaOH溶液洗滌的作用是除去HBr和未反應(yīng)的Br2;
③向分出的粗溴苯中加入少量的無水氯化鈣,靜置、過濾.加入氯化鈣的目的是吸收其中的水分.
(3)經(jīng)過上述分離操作后,粗溴苯中還含有的主要雜質(zhì)為苯,要進一步提純,下列操作中必須的是C.
A.重結(jié)晶  B.過濾  C.蒸餾  D.萃。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

19.在一個a L的密閉容器中,放入2molX氣體和1molY氣體,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):3X(g)+Y(g)=nW(g)+Z(g),達平衡后,X的濃度減少到原來的$\frac{1}{2}$,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小了$\frac{1}{10}$,則反應(yīng)中的n值為( 。
A.1B.2C.3D.4

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

9.如圖,A中有一可自由移動的活塞,關(guān)閉開關(guān)K,先向B中充入2molX和2molY,再向A中充入1molX和1molY.開始時A、B的體積都為aL,在相同的溫度和有催化劑存在的條件下,兩容器中都開始發(fā)生下述反應(yīng):
X(g)+Y(g)?2Z(g)+W(g),反應(yīng)達到平衡時,A的體積為1.2aL,則
(1)A中X的轉(zhuǎn)化率a(A)=40%;
(2)A、B中X的轉(zhuǎn)化率a(A)>a(B)(填“<”“=”“>”).
(3)打開開關(guān)K,保持溫度不變,再達平衡時,A的體積為2.6 L (連通管中氣體體積不計).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.分子中含有4個甲基的C6H14,其一氯代物的同分異構(gòu)體共有(不考慮立體異構(gòu))( 。
A.4種B.5種C.6種D.7種

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

13.現(xiàn)有A、B、C、D、E五種強電解質(zhì),它們在水中可電離產(chǎn)生下列離子(各種離子不重復(fù)).
陽離子H+、Na+、Al3+、Ag+、Ba2+
陰離子OH-、Cl-、CO${\;}_{3}^{2-}$、NO${\;}_{3}^{-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$
(1)

物質(zhì)鑒定試驗推導(dǎo)結(jié)論
①用pH試紙測出A、B溶液呈堿性,C、D、E溶液呈酸性A、B中含有的陰離子為CO32-、OH-,C、D、E中含有的陽離子為H+、Al3+、Ag+
②A溶液與E溶液反應(yīng),既有氣體產(chǎn)生又有沉淀產(chǎn)生,A與C反應(yīng)只有氣體產(chǎn)生A為Na2CO3,C含H+
③D溶液與另外四種溶液反應(yīng)都能產(chǎn)生沉淀;C只能與D反應(yīng)產(chǎn)生沉淀D為AgNO3
(2)寫出E溶液與過量的B溶液反應(yīng)的離子方程式:2Al3++3SO42-+3Ba2++8OH-═2AlO2-+4H2O+3BaSO4↓.
(3)在100mL 0.1mol•L-1E溶液中,逐滴加入35mL 2mol•L-1NaOH溶液,寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Al3++7OH-=Al(OH)3↓+AlO2-+2H2O.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

14.設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,下列敘述中正確的是( 。
A.2.4g金屬鎂變?yōu)殒V離子時失去的電子數(shù)為0.1NA
B.1.8g的NH4+離子中含有的電子數(shù)為NA
C.11.2 L氧氣所含的原子數(shù)為NA
D.常溫常壓下,48gO3和O2的混合氣體中含有的氧原子數(shù)為2NA

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