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7.随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视.目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为1L的密闭容器中,充入lmol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mo1.测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示.

(1)从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=0.225mol/(L•min)
(2)该反应的平衡常数为5.33.
(3)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是CD.
A.升高温度                 B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离     D.再充入lmol CO2和3mol H2
(4)已知在常温常压下:
①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol
②H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ/mol
则甲醇的燃烧热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8KJ/mol;
(5)如果燃烧甲醇会造成大量化学能损失,如果以甲醇和空气为原料,以氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池将有很多优点,请书写出该电池的负极反应:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O
(6)常温下,某水溶液M中存在的离子有:Na+、A-、H+、OH-.若该溶液M由 pH=3的HA溶液V1mL与pH=11的NaOH溶液V2mL混合反应而得,则下列说法中正确的是AD.
A.若溶液M呈中性,则溶液M中c(H+)+c(OH-)=2×10-7mol•L-1
B.若V1=V2,则溶液M的pH一定等于7
C.若溶液M呈酸性,则V1一定大于V2
D.若溶液M呈碱性,则V1一定小于V2

分析 (1)由图可知,开始到平衡时甲醇的浓度增加0.75mol/L,结合v=$\frac{△c}{△t}$及速率之比等于化学计量数之比计算;
(2)CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
C始      1               3                0                 0
C变     0.75       2.25               0.75        0.75
C平     0.25      0.75                0.75          0.75
结合平衡浓度计算K;
(3)能使n(CH3OH)/n(CO2)增大,可使平衡正向移动,但不能增加二氧化碳的量;
(4)①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol
②H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律可知,(①+②×4)×$\frac{1}{2}$得:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$ O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l);
(5)以甲醇和空气为原料,以氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池,负极上甲醇失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子;
(6)A.若溶液M呈中性,则溶液中c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol•L-1
B.若V1=V2,HA为强酸时溶液M的pH等于7;
C.若溶液M呈酸性,等体积时HA过量;
D.若等体积时HA过量.

解答 解:(1)由图可知,开始到平衡时甲醇的浓度增加0.75mol/L,v(H2)=3 v(CO2)=$\frac{0.75mol/L}{10min}$×3=0.225mol/(L•min),
故答案为:0.225;
(2)CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
C始      1               3                0                 0
C变     0.75       2.25               0.75        0.75
C平     0.25      0.75                0.75          0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33,
故答案为:5.33;
(3)A.升高温度,平衡逆向移动,n(CH3OH)/n(CO2)减小,故不选;               
B.恒容时充入He(g),使体系压强增大,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,故不选;
C.将H2O(g)从体系中分离,平衡正向移动,能使n(CH3OH)/n(CO2)增大,故选;     
D.再充入lmol CO2和3mol H2,压强增大,平衡正向移动,能使n(CH3OH)/n(CO2)增大,故选;
故答案为:C D;
(4)①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol
②H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律可知,(①+②×4)×$\frac{1}{2}$得:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$ O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l),则△H=-725.8KJ/mol,
即甲醇的燃烧热化学方程式为CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8KJ/mol,
故答案为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8KJ/mol;
(5)以甲醇和空气为原料,氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池,负极上甲醇失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子,负极反应为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O;
(6)A.若溶液M呈中性,则溶液中c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol•L-1,则c(H+)+c(OH-)=2×10-7mol•L-1,故A正确;
B.若V1=V2,HA为强酸时溶液M的pH等于7,如HA为弱酸时,HA过量,pH<7,故B错误;
C.若溶液M呈酸性,等体积时HA过量,或酸的体积大,则V1≥V2,故C错误;
D.若等体积时HA过量,则溶液M呈碱性,则V1一定小于V2,故D正确;
故答案为:AD.

点评 本题考查化学平衡的计算,为高频考点,把握化学平衡三段法、平衡移动、电极反应、盖斯定律应用、酸碱混合等为解答的关键,侧重分析与计算能力的考查,注意利用平衡浓度计算K,综合性较强,题目难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.选择环保的装修材料可以有效地减少居室污染.劣质胶合板释放出的主要污染物是(  )
A.NOB.COC.甲醛D.SO2

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.下列各组离子,在强碱性溶液中可以大量共存的是(  )
A.Na+、Ba2+、NO3-、Cl-B.K+、Na+、H+、Cl-
C.K+、NH4+、S2-、CO32-D.Cu2+、Na+、Cl-、SO42-

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

15.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化石油气作为洁净燃料使用.工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3.工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230℃~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-90.7kJ•mol-1
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5k1•mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ•mol-1
(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.1kJ•mol-1
830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K>1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1mol/L、c(H2)=2.4mol/L,5min后达到平衡、CO的转化率为50%,则5min内CO的平均反应速率为0.1mol/(L•min).
(3)反应②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g) 在某温度下的平衡常数为400.此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质CH3OHCH3OCH3H2O
浓度/(mol•L-10.640.500.50
①比较此时正、逆反应速率的大小:υ(正)>υ(逆) (填“>”、“<”或“=”).
②若加入CH3OH后,经10min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=0.04mol•L-1
(4)“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源,其中工作原理如图所示.
①该电池a电极上发生的电极反应式CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
②如果用该电池作为电解装置,当有23g二甲醚发生反应时,则理论上提供的电量表达式为0.5mol×12×1.6×10-19C×6.02×1023
mol-1C (1个电子的电量为1.6×10-19C).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关.
(1)C、CO、CO2在实际生产中有如下应用:
a.2C+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{电炉}$Si+2CO          
b.3CO+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2
c.C+H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H2                  
d.CO2+CH4$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH3COOH
上述反应中,理论原子利用率最高的是d.可用碳酸钾溶液吸收b中生成的CO2,常温下,pH=10的碳酸钾溶液中水电离的OH-的物质的量浓度为1×10-4 mol•L-1,常温下,0.1mol•L-1KHCO3溶液的pH>8,则溶液中c(H2CO3)>c(CO32-)(填“>”、“=”或“<”).
(2)有机物加氢反应中镍是常用的催化剂.但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒,在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2,查得资料如图1:

则:SO2(g)+2CO(g)=S(s)+2CO2(g)△H=-270kJ/mol.

(3)已知N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-94.4kJ•mol-1,恒容时,体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示,各时间段最终均达平衡状态.
①在2L容器中发生反应,时段Ⅰ放出的热量为94.4kJ.
②25min时采取的某种措施是将NH3从反应体系中分离出去.
③时段Ⅲ条件下反应的平衡常数为2.37.(保留3位有数字)
(4)电化学降解N的原理如图3所示.电源正极为A(填“A”或“B”),阴极反应式为2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

12.氮和硫的氧化物有多种,其中SO2和NOx都是大气污染物,对它们的研究有助于空气的净化.
(1)研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
2NO2(g)+NaCl(s)?NaNO3(s)+ClNO(g)K1△H1<0(Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)?2ClNO(g)   K2△H2<0  (Ⅱ)
则4NO2(g)+2NaCl(s)?2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$(用K1、K2表示).
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡.测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol•L-1•min-1,NO的转化率α1=75%.其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2>α1(填“>”“<”或“=”).
(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题.NO2尾气常用NaOH溶液吸收,生成NaNO3和NaNO2.已知NO2-的水解常数Kh=2×10-11 mol•L-1,常温下某NaNO2和HNO2混合
溶液的pH为5,则混合溶液中c(NO2-)和c(HNO2)的比值为50.
(4)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)也可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+
(5)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3.25℃时,将amolNH4NO3溶于水,向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性,则滴加氨水的过程中的水的电离平衡将逆向(填”正向”“不”或“逆向”)移动,所滴加氨水的浓度为
$\frac{a}{200b}$mol•L-1.(NH3•H2O的电离平衡常数取Kb=2X10-5mol•L-1

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

19.乙二醛(OHC-CHO)是一种重要的精细化工产品.
Ⅰ.工业生产乙二醛
(1)乙醛(CH3CHO)液相硝酸氧化法   在Cu(NO32催化下,用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛,反应的化学方程式为3CH3CHO+4HNO3$\stackrel{Cu(NO_{3})_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H2O.该法具有原料易得、反应条件温和等优点,但也存在比较明显的缺点是尾气有污染.
(2)乙二醇(HOCH2CH2OH)气相氧化法
①已知:OHC-CHO(g)+2H2(g)?HOCH2CH2OH(g)△H=-78kJ•mol-1  K1
2H2(g)+O2(g)?2H2O(g)△H=-484kJ•mol-1  K2
乙二醇气相氧化反应:HOCH2CH2OH(g)+O2(g)?OHC-CHO(g)+2H2O(g)的△H=-406kJ•mol-1.相同温度下,该反应的化学平衡常数K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$(用含K1、K2的代数式表示).
②当原料气中氧醇比为1.35时,乙二醛和副产物CO2的产率与反应温度的关系如图1所示.反应温度在450~495℃之间和超过495℃时,乙二醛产率降低的主要原因分别是升高温度,主反应平衡逆向移动、温度超过495℃时,乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物.
Ⅱ.乙二醛电解氧化制备乙醛酸(OHC-COOH)的生产装置如图2所示,通电后,阳极产生的Cl2与乙二醛溶液反应生成乙醛酸.
(3)阴极反应式为2H++2e-=H2
(4)阳极液中盐酸的作用,除了产生氯气外,还增强溶液导电性.
(5)保持电流强度为a A,电解t min,制得乙醛酸m g,列式表示该装置在本次电解中的电流效率η=$\frac{5mf}{111at}$%.
(设:法拉第常数为f C•mol-1;η=$\frac{生成目标产物消耗的电子数}{电极上通过的电子总数}$×100%

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

16.(1)对于下列反应:2SO2+O2?2SO3,如果2min内SO2的浓度由6mol/L下降为2mol/L,那么,用SO2浓度变化来表示的化学反应速率为2mol/(L•min),用O2浓度变化来表示的反应速率为1mol/(L•min).如果开始时SO2浓度为4mol/L,2min后反应达平衡,若这段时间内v(O2)为0.5mol/(L•min),那么2min时SO2的浓度为2mol/L.
(2)图1表示在密闭容器中反应:2SO2+O2?2SO3△H=-198kJ/mol达到平衡时,由于条件改变而引起反应速度和化学平衡的变化情况,a b过程中改变的条件可能是升温;b c过程中改变的条件可能是减小SO3浓度; 若增大压强时,反应速度变化情况画在c~d处.

(3)将1mol I2(g) 和2mol H2置于2L密闭容器中,在一定温度下发生反应:I2(g)+H2(g)?2HI(g);△H<0,并达平衡.HI的体积分数w(HI)随时间变化如图2曲线(Ⅱ)所示:
若改变反应条件,在甲条件下w(HI)的变化如曲线(Ⅰ) 所示,在乙条件下w(HI)的变化如曲线(Ⅲ) 所示.则甲条件可能是③⑤,则乙条件可能是④.
(填入下列条件的序号)
①恒容条件下,升高温度;
②恒容条件下,降低温度;
③恒温条件下,缩小反应容器体积;
④恒温条件下,扩大反应容器体积;
⑤恒温恒容条件下,加入适当催化剂.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

17.水是自然界非常宝贵的自然资源,地球上的水绝大部分是海水,可供人类利用的淡水却是非常有限的.
Ⅰ、从海水中获取的粗盐除了含有泥沙外,还含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4等可溶性杂质,精制时所用试剂为:A、盐酸;B、BaCl2溶液;C、NaOH溶液;D、Na2CO3溶液.加入试剂的顺序为BCDA或CBDA
Ⅱ、“mol”化学协会高二年级的同学设计了以下实验从海带中提取碘:
(1)、步骤①灼烧海带时,除需要三脚架外,还需要用到的实验仪器是BDF(从下列仪器中选出所需的仪器,用标号字母填写在空白处).
A.烧杯 B.坩埚 C.表面皿 D.泥三角 E.酒精灯 F.干燥器
(2)、步骤③的实验操作名称是过滤;步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯,该步骤的实验操作名称是萃取分液.
已知:
密度(g/cm3熔点(.C)沸点(.C)
4.93113.5184.35
0.88580.105.53
(3)、步骤⑤中,某同学选用苯来提取碘的理由是苯密度小于水与水互不相溶 碘在苯中的溶解度比在水中大.
Ⅲ、湄潭自来水公司常用Cl2对自来水进行杀菌消毒,试设计实验检验自来水中是否含有Cl-取少量水样,加入硝酸银溶液,若生成白色沉淀,加稀硝酸沉淀不溶解,说明含有氯离子,则证明是Cl2对自来水进行杀菌消毒.

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