20.以CO、H2為原料合成甲醇的反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H.在體積均為2L的三個恒容密閉容器I、Ⅱ、Ⅲ中,分別都充入1mol CO和2mol H2,三個容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變.圖1為三個容器中的反應(yīng)均進(jìn)行到5min時H2的體積分?jǐn)?shù)示意圖,其中有一個容器反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài).CO的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)下隨溫度的變化如圖2所示.


(1)0~5min時間內(nèi)容器Ⅱ中用CH3OH表示的化學(xué)反應(yīng)速率為0.0875mol/(L•min).
(2)三個容器中一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是容器II,此容器中反應(yīng)達(dá)平衡時,放出熱量20.5kJ,則△H=-23.4kJ•mol-1
(3)當(dāng)三個容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時,CO的轉(zhuǎn)化率最低的是容器Ⅲ;平衡常數(shù)最大的是容器Ⅰ.
(4)工業(yè)實(shí)際合成CH3OH生產(chǎn)中,采用圖2中M點(diǎn)而不是N點(diǎn)對應(yīng)的反應(yīng)條件,運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識,同時考慮生產(chǎn)實(shí)際,說明選擇該反應(yīng)條件的理由:相對于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500-600K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快,CO的平衡轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓對設(shè)備要求不高.
(5)科研人員設(shè)計了一種新型甲醇燃料電池,其電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體,它在高溫下能傳導(dǎo)O2-.該電池工作時的負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+3O2-=CO2+2H2O.用該電池電解飽和食鹽水(石墨電極),當(dāng)電路中通過1.929×104 C的電量時,生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的體積為2.24L.(已知:一個電子的電量是1.602×10-19C)

分析 (1)利用三段式求出反應(yīng)生成的甲醇的物質(zhì)的量濃度,再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算;
(2)達(dá)到平衡狀態(tài)時氫氣的轉(zhuǎn)化率最大,氫氣的體積分?jǐn)?shù)最。桓鶕(jù)反應(yīng)物反應(yīng)的量和放熱量成正比計算;
(3)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大;
(4)根據(jù)溫度、壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響以及對設(shè)備的要求分析;
(5)燃料電池中,負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng);每通過1mol電子生成0.5mol氫氣.

解答 解:(1)設(shè)反應(yīng)生成的甲醇物質(zhì)的量為x,
            CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)
開始(mol):1        2         0
轉(zhuǎn)化(mol):x        2x        x
平衡(mol):1-x      2-2x      x
到5min時,氫氣的體積分?jǐn)?shù)為0.2,則$\frac{2-2x}{(1-x)+(2-2x)+x}$=0.2,則x=$\frac{7}{8}$,
則v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{\frac{7}{8}mol}{2L}}{5min}$=0.0875mol/(L•min),
故答案為:0.0875mol/(L•min);
(2)達(dá)到平衡狀態(tài)時氫氣的轉(zhuǎn)化率最大,氫氣的體積分?jǐn)?shù)最小,II對應(yīng)的氫氣的體積分?jǐn)?shù)最小,所以II可能達(dá)到了平衡狀態(tài).
平衡時,根據(jù)(1)計算氫氣轉(zhuǎn)化量為2x=1.75mol,放出熱量20.5kJ,則轉(zhuǎn)化2mol氫氣放出熱量為23.4kJ,則△H=-23.4kJ•mol-1
故答案為:II;-23.4kJ•mol-1;
(3)由圖2可知,升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率減小,即向逆反應(yīng)移動,所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高,反應(yīng)向逆方向進(jìn)行的程度越大,CO的轉(zhuǎn)化率越低,Ⅲ溫度最低.
由圖2可知,升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率減小,即向逆反應(yīng)移動,所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大,K越大,已知I的溫度最低,則其K最大;
故答案為:Ⅲ;Ⅰ;
(4)相對于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500-600K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快,CO的平衡轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓,對設(shè)備要求不高,
故答案為:相對于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500-600K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快,CO的平衡轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓,對設(shè)備要求不高;
(5)負(fù)極發(fā)生的是燃料甲醇失電子的氧化反應(yīng),負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+3O2-=CO2+2H2O.
電路中通過的電量為$\frac{1.929×1{0}^{4}}{1.602×1{0}^{-19}×6.02×1{0}^{23}}$=0.2mol,則生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的體積為2.24L.
故答案為:CH3OH-6e-+3O2-=CO2+2H2O;2.24.

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡計算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率與平衡常數(shù)、電化學(xué)的應(yīng)用等,注意理解掌握化學(xué)平衡的計算方法,難度中等,側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力.

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

10.下列反應(yīng)過程中,同時有離子鍵、極性共價鍵和非極性共價鍵的斷裂和形成的反應(yīng)是( 。
A.H2+CuO═Cu+H2OB.2Na2O2+2H2O═4NaOH+O2
C.H2+Cl2═2HClD.2NaOH+Cl2═NaCl+NaClO+H2O

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

11.某飽和酯A在酸性條件下水解得到羧酸B和醇C,B與C的分子式分別為C5HxOy和C3H8O,已知它們的相對分子質(zhì)量的關(guān)系式為:M(A)+36=M(B)+2M(C),則A的可能結(jié)構(gòu)有(不考慮立體異構(gòu))( 。
A.8種B.6種C.4種D.3種

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

8.已知火箭所用燃料為肼(N2H4),氧化劑為過氧化氫,火箭部分構(gòu)件采用鈦合金材料.請回答下列問題:
(1)N2H4、H2O2的組成元素中第一電離能最大的元素是N.
(2)鈦的原子序數(shù)是22,其基態(tài)原子的核外電子排布式為[Ar]3d24s2
(3)1molN2H4分子中所含極性鍵的數(shù)目為4NA
(4)H2O2受熱易分解為H2O,H2O的空間構(gòu)型為V形.其中心原子的雜化軌道類型為sp3
(5)H2S和H2O2的主要物理性質(zhì)如表所示:
物質(zhì)熔點(diǎn)/K沸點(diǎn)/K水中溶解度(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
H2S187202每升水中溶解2.6L
H2O2272423以任意比互溶
造成上述物質(zhì)的物理性質(zhì)存在差異的主要原因是H2O2分子之間存在氫鍵,所以H2O2的熔、沸點(diǎn)高于H2S,H2O2與H2O分子之間也可形成氫鍵,故H2O2在水中溶解度大于H2S在水中溶解度.
(6)氧化鎂和氮化硼均可用作返回艙的熱屏蔽材料,晶格能:氧化鎂大于氧化鈣(填“大于”或“小于”).
(7)立方氮化硼的晶胞如圖所示,則處于晶胞頂點(diǎn)的原子的配位數(shù)為4,若晶胞邊長為a pm,則立方氮化硼晶胞的密度是$\frac{100}{{{N_A}{{(a×{{10}^{-10}})}^3}}}$g•cm-3(只要求列算式,阿伏伽德羅常數(shù)為NA).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

15.氯氣和氨氣在常溫下混合即可發(fā)生反應(yīng).某興趣小組同學(xué)為探究純凈、干燥的氯氣與氨氣的反應(yīng),設(shè)計了如圖裝置:

(1)裝置F中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O;
(2)裝置B中盛放的是堿石灰,其作用是干燥氨氣;裝置E中盛放的試劑是飽和食鹽水,其作用是吸收HCl氣體;
(3)裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Ca(OH)2+2NH4Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O;
(4)若有10.7gNH4Cl,最多可制取標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氨氣的體積是4.48L;
(5)裝置C中有白煙產(chǎn)生,試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式NH3+HCl=NH4Cl;
(6)G處逸出的尾氣中含有少量Cl2,為防止其污染環(huán)境,可將尾氣通過盛有NaOH溶液的洗氣瓶.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

5.莫爾鹽【(NH42Fe(SO42•6H2O】是實(shí)驗(yàn)中常用的滴定劑,還用作化學(xué)試劑、醫(yī)藥以及用于冶金、電鍍等.回答下列問題:
(1)甲組同學(xué)按照如圖1所示的裝置,通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)獱桘}晶體強(qiáng)熱時的分解產(chǎn)物.
①裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是酚酞溶液變紅,由此可知莫爾鹽晶體分解的產(chǎn)物中有NH3
②裝置B的主要作用是吸收分解產(chǎn)生的酸性氣體;
③A中綠色粉末逐漸變成紅色粉末,檢驗(yàn)該紅色粉末需要的試劑是HCl,KSCN(填化學(xué)式)
(2)乙組同學(xué)認(rèn)為莫爾鹽晶體分解的產(chǎn)物中可能還含有SO3 (g)、SO2 (g)及N2.為進(jìn)行驗(yàn)證,選用甲組實(shí)驗(yàn)中的裝置A和圖2所示的部分裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).
①乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)中,裝置依次連接的合理順序?yàn)锳、G、D、B、C、F
②裝置D中足量鹽酸的作用是吸收氨氣并將溶液酸化,排除SO2的干擾;如果含有SO3,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是D中有白色沉淀;如果含有SO2,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是B中品紅褪色;
(3)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明(NH42Fe(SO42分解生成紅色粉末、SO2、N2、NH3和H2O,沒有SO3生成.寫出A中的化學(xué)反應(yīng)方程式:2(NH42Fe(SO42$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2O3+N2+4SO2+2NH3+5H2O

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

12.某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究原電池的形成條件,按如圖所示裝置進(jìn)行試驗(yàn)并得到下表實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
序號AB燒杯中的液體靈敏電流計指針是否偏轉(zhuǎn)
1ZnCu稀硫酸
2ZnCu乙醇
3CuC氯化鈉溶液
4MgAl氫氧化鈉溶液
分析上述數(shù)據(jù),回答下列問題:
(1)實(shí)驗(yàn)1中電流由B極流向A極(填“A”或“B”)
(2)實(shí)驗(yàn)4中電子由B極 流向A極,表明負(fù)極是鋁電極(填“鎂”或“鋁”)
(3)實(shí)驗(yàn)3 表明B
A.銅在潮濕空氣中不會被腐蝕  B.銅的腐蝕是會發(fā)生的
(4)分析上表有關(guān)信息,下列說法不正確的是A
A.相對活潑的金屬一旦做負(fù)極
B.失去電子的電極是負(fù)極
C.燒杯中的溶液,必須是電解質(zhì)溶液
D.浸入同一電解質(zhì)溶液中的兩個電極,是活潑性不同的兩種金屬(或其中一種非金屬)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

9.用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值.下列敘述不正確的是( 。
A.常溫下,1 L 0.1 mol•L-1 的NH4NO3溶液中氮原子數(shù)為0.2NA
B.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,2.24 L己烷中共價鍵數(shù)目為1.9NA
C.室溫下,28.0 g乙烯和丁烯的混合氣體中含有的碳原子數(shù)為2NA
D.足量Fe與標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L Cl2充分反應(yīng),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2NA

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

10.消除氮氧化物和硫氧化物有助于預(yù)防霧霾天氣的形成.
(1)某恒容密閉容器中存在如下反應(yīng):C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)△H.維持溫度不變,測得不同時刻幾種氣體物質(zhì)的濃度如下表所示:
時間(min)
濃度(mol•L-1
0510152530
NO1.000.580.400.400.480.48
N200.21aabb
CO200.21aa0.360.36
①0~10min內(nèi),NO的平均反應(yīng)速率v(NO)=0.06mol/(L•min),該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.5625.
②表中25min的數(shù)據(jù)變化與反應(yīng)進(jìn)行到22min時改變了反應(yīng)體系中的某一條件有關(guān),則b=0.36,改變的條件可能是c.
a.加入一定量的活性炭
b.通入一定量的N2
c.適當(dāng)縮小容器的體積
③若15min時升高溫度,達(dá)到平衡時容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5:3:3,則△H<0(填“>”、“=”或“<”).
(2)NH3催化還原氮氧化物(產(chǎn)物是N2、H2O)是目前廣泛采用的煙氣脫氮技術(shù)
①當(dāng)廢氣中NO2、NO的體積分?jǐn)?shù)相等時脫氮率最高,若此情況下生成1molN2時反應(yīng)放出的熱量為akJ,則對應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)=2N2(g)+3H2O(g)△H=-2akJ/mol.

②如圖使用不同催化劑時的脫氮率,則脫氮時最佳的溫度、催化劑應(yīng)是Mn、200℃左右.
(3)用石灰漿作吸收劑也可脫去廢氣中的SO2,若處理結(jié)束時,測得吸收液中c(Ca2+)=0.70mol/L,則c(SO32-)=2.0×10-7 mol/L (已知Ksp(CaSO3)=1.4×10-7).

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