問題詳情:
二氧化碳是引起“温室效應”的主要物質,節能減排,高效利用能源,能夠減少二氧化碳的排放。
(1)在一定温度下的2L固定容積的密閉容器中,通入2 molCO2和3mol H2,發生的反應為:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-akJ·mol-1(a>0),測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如右圖所示。
①能説明該反應已達平衡狀態的是 。
A. CO2的體積分數在混合氣體中保持不變
B. 混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化
C. 單位時間內每消耗1.2mol H2,同時生成0.4molH2O
D. 反應中H2O與CH3OH的物質的量濃度之比為1:1,且 保持不變
②下列措施中能使增大的是 (選填編號)。
A.升高温度 B.恆温恆容下充入He(g)
C.將H2O(g)從體系中分離 D.恆温恆容再充入2 mol CO2和3 mol H2
③計算該温度下此反應的平衡常數K= 。若改變條件 (填選項),可使K=1。
A.增大壓強 B.增大反應物濃度
C.降低温度 D.升高温度 E.加入催化劑
(2)某*醇燃料電池原理如圖1所示。
①M區發生反應的電極反應式為 。
②用上述電池做電源,用圖2裝置電解飽和食鹽水(電極均為惰*電極),假設溶液體積為300mL,當溶液的pH值變為13時(在常温下測定),理論上消耗*醇的質量為
(忽略溶液體積變化)。
(3) 有一種用CO2生產*醇燃料的方法:
已知: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-a kJ·mol-1;
CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=-b kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-c kJ·mol-1;
H2O(g)=H2O(l) △H=-d kJ·mol-1,
則表示CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式為: 。
【回答】
【知識點】化學平衡的判斷與移動、平衡常數的應用、電化學、蓋斯定律
【*解析】(共15分,除註明外其餘每空各2分)
(1)①AB ②CD ③0.20或 C
(2)①CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ ②0.16g
(3)CH3OH(l) +O2(g) =CO2(g) +2H2O(l) ΔH=-(c+2d-a-b)kJ·mol-1 (3分)
解析:(1)①各組分的百分含量不再改變能説明該反應已達平衡狀態,A正確;平均相對分子質量數值上等於總質量比上總物質的量,平均相對分子質量不隨時間的變化而變化説明總物質的量不變,此反應為非等體反應,B正確;單位時間內每消耗1.2mol H2同時生成0.4molH2O,説的都是正反應速率,C項錯誤;反應中H2O與CH3OH均是生成物且計量數數之比是1:1,所以二者的物質的量濃度之比為1:1,且保持不變不能判定平衡,D錯誤;
②A、正向反應放熱,升高温度,逆向移動,比值減小,故A錯誤;B、恆温恆容下充入He(g),反應中各物質的濃度保持不變,平衡不移動,比值不變,故B錯誤;C、將H2O(g)從體系中分離減小生成物濃度,平衡正向移動,比值增大,故C正確; D、恆温恆容再充入2 mol CO2和3 mol H2,相當於對原平衡增大壓強,正向移動,比值增大,故D正確。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始濃度(mol/L) 1 1.5 0 0
變化濃度(mol/L) 0.25 0.75 0.25 0.25
平衡濃度(mol/L) 0.75 0.75 0.25 0.25
則:K=C(CH3OH)C(H2O)/C(CO2)C3(H2)= 0.20或;
要使K=1,應該正向移動,而K值只於温度有關,所以,降低温度,正向移動可以使K=1,選C
(2)①原電池中電解質陽離子往正極移動,故M處電極是負極,燃料電池的燃料作負極,故M區發生反應的電極反應式為:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
②用惰*電極,電解飽和食鹽水總的電極反應式為2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2 OH-,pH值變為13時, C(OH-)=10-1mol/L,n(OH-)=10-1mol/L×300mL×10-3L/mL=0.03mol,由方程式CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2 OH- 可知 CH3OH~6e-~6OH- 32g 6mol m(CH3OH) 0.03mol 則:m(CH3OH)=32g×0.03mol÷6mol=0.16g;
(3)應用蓋斯定律解題,CH3OH(l) +O2(g) =CO2(g) +2H2O(l) ΔH=-(c+2d-a-b)kJ·mol-1
【思路點撥】本題考查了化學平衡的有關知識,電極反應式的書寫,以及蓋斯定律的應用,綜合*強,但難度不大。
知識點:電離平衡 水解平衡
題型:綜合題