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14.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,引起了各国的普遍关注,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的恒容密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示.
(1)反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=0.225mol•L-1•min-1,该反应达平衡时放出热量36.75kJ.
(2)若CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1; CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(l)△H2;生成水的质量相等,则△H1>△H2(填“>”、“=”或“<”).
(3)下列描述能说明该反应达到平衡状态的是CD.
A.气体的密度不再变化                           B.各组分的浓度相等
C.消耗CO2物质的量与消耗CH3OH物质的量相等   D.CH3OH的体积分数不再变化
(4)下列措施中能使$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大的是CE.
A.升高温度                B.恒容充入He使压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离   D.使用催化剂     E.缩小容器体积.

分析 (1)图象分析可知甲醇浓度变化,结合化学方程式计算氢气浓度变化,反应速率v=$\frac{△c}{△t}$,反应热与化学计量数成正比,根据热化学方程式计算;
(2)依据盖斯定律结合热化学方程式计算分析焓变大小,注意放热反应的焓变为负值;
(3)根据化学平衡状态的特征解答,当反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变,以及由此衍生的一些量也不发生变化,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;
(4)要使平衡混合物中  $\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大,应使平衡向正反应方向移动,根据影响平衡移动的因素来回答判断.

解答 解:(1)图象分析可知甲醇浓度变化为0.75mol/L,化学方程式计算CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),氢气浓度变化=3×0.75mol/L=2.25mol/L,
反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L-1•min-1,达到平衡状态消耗甲醇物质的量=0.75mol/L×1L=0.75mol,结合化学方程式定量关系计算反应达到平衡状态放出的热量,
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1
                  1                       49.0kJ•mol-1
                 0.75mol                  Q=36.75 kJ
故答案为:0.225 mol•L-1•min-1,36.75 kJ;
(2)①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(l)△H2;生成水的质量相等,
盖斯定律计算①-②得到H2O(l)=H2O(g)△H1-△H2,液体水变化为气体水需要吸热,反应焓变大于0,△H1-△H2>0,△H1>△H2
故答案为:>;
(3)一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1,反应是气体体积减小的放热反应,
A.反应前后气体体积和质量不变,气体的密度始终不变化,不能说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.各组分的浓度相等和起始量、变化量有关,不能说明反应正逆反应速率相同,不能证明反应达到平衡状态,故B错误;
C.消耗CO2物质的量与消耗CH3OH物质的量相等,说明二氧化碳正逆反应速率相同,说明反应达到平衡状态,故C正确;
D.CH3OH的体积分数不再变化是平衡标志,说明反应达到平衡状态,故D正确;
故答案为:CD;
(4)一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1,反应是气体体积减小的放热反应,要使平衡混合物中 $\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大,应使平衡向正反应方向移动,
A.反应是放热反应,反应升高温度 平衡逆向进行,比值减小,故A错误;
B.恒容充入He使压强增大,总压增大,分压不变平衡不变,故B错误;
C.将H2O(g)从体系中分离 平衡正向进行,平衡混合物中 $\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大,故C正确;
D.使用催化剂改变反应速率不改变化学平衡,比值不变,故D错误;
E.缩小容器体积,压强增大,平衡正向进行,平衡混合物中 $\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(C{O}_{2})}$增大,故E正确;
故答案为:CE.

点评 本题考查较为综合,涉及热化学方程式计算分析、化学平衡计算、及平衡移动影响因素、平衡标志等问题,题目难度中等,注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.为了更好地表示溶液地酸碱性,科学家提出了酸度(AG)的概念,AG=lg$\frac{c({H}^{+})}{c(O{H}^{-})}$,则下列叙述正确的是(  )
A.中性溶液AG=0
B.常温下0.1mol/L氢氧化钠溶液的AG=12
C.酸性溶液AG<0
D.常温下0.1mol/L的盐酸溶液的AG=13

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.设NA为阿佛加德罗常数的值,下列说法不正确的是(  )
A.常温常压下,1mol氦气含有的原子数为NA
B.常温常压下,8g甲烷中含有的电子数为5NA
C.22 g CO2 与标准状况下11.2 L O2含有相同分子数
D.标准状况下,11.2L四氯化碳所含分子数 0.5NA

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.下列说法正确的是(  )
A.氟化铵的电子式:
B.原子最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
C.离子结构示意图:,可以表示35Cl-,也可以表示37Cl-
D.1mol CH4与1mol NH4+所含质子数相等

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.A、B、D和E四种元素均为短周期元素,原子序数逐渐增大.A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等.B、D、E三种元素在周期表中相对位置如图①所示,只有E元素的单质能与水反应生成两种酸.甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成,其中只有M分子同时含有三种元素;W为N2H4,可作火箭燃料;甲、乙为非金属单质;X分子中含有10个电子.它们之间的转化关系如图②所示.

回答下列问题:
(1)甲和乙生成标准状况下1.12L Y,吸收9.025kJ的热量,写出反应的热化学方程式N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+361kJ/mol.
(2)一定量E的单质与NaOH溶液恰好完全反应后,所得溶液的pH小于7(填“大于”、“等于”或“小于”),原因是ClO-+H2O?HClO+OH-(用离子方程式表示).
(3)W-空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液.W-空气燃料电池放电时,正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,负极反应式为N2H4+4OH--4e-═N2+4H2O.
(4)将一定量的A2、B2混合气体放入1L密闭容器中,在500℃、2×107 Pa下达到平衡.测得平衡气体的总物质的量为0.50mol,其中A2为0.3mol,B2为0.1mol.则该条件下A2的平衡转化率为33.3%,该温度下的平衡常数为$\frac{100}{27}$.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.下列为元素周期表中的一部分,用化学式或元素符号回答下列问题:

周期
ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0
(1)10种元素中,化学性质最不活泼的是Ar;
(2)②和⑧形成的化合物灼烧时焰色为紫色;
(3)元素⑦的氢化物常温下和元素②的单质反应的离子方程式是2K+2H2O═2K++2OH-+H2↑,用元素⑧的单质制备漂白液的离子方程式是Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O;
(4)②③④中形成的简单离子半径由大到小的顺序是K+>Ca2+>Mg2+
(5)写出①和⑦形成的稳定化合物的电子式
(6)用电子式表示⑥和⑦形成化合物的形成过程

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

6.选择造成下列环境问题的原因填空(用序号填空).
(1)在下列标志中,表示回收利用的标志是②⑤⑦.

(2)良好的生态环境可以提升生活质量.
①2014年2月,全国多个省市出现严重的雾霾天气.导致雾霾形成的主要污染物是C(填字母).
A.SO2B.NO2                       C.PM2.5
②垃圾无害化处理有利于保护生态环境.下列有关生活垃圾的处理合理的是A(填字母).
A.用厨余垃圾生产沼气          B.废旧塑料露天焚烧           C.废旧电池就地填埋
③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C (填字母).
A.NO                      B.CO                          C.甲醛.

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科目:高中化学 来源: 题型:多选题

3.下列各组离子在指定的溶液中能大量共存的是(  )
A.透明的溶液中:Al3+、Cu2+、SO42-、NO3-
B.通入SO2的溶液中:Fe3+、Ba2+、Cl-、NO3-
C.加入铝粉产生H2的溶液中:NH4+、Fe3+、SO42-、NO3-
D.常温下,由水电离出的c(H+)=1×10-12mol/L:K+、Ba2+、Cl-、NO3-

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科目:高中化学 来源: 题型:推断题

4.如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色.(指示剂的pH变色范围:6.8~8.0,酸色-红色,碱色-黄色)回答下列问题:
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是①④(填编号);
①A管溶液由红变黄;      ②B管溶液由红变黄;
③A管溶液不变色;        ④B管溶液不变色;
(2)写出A管中发生反应的反应式:2H++2e-=H2↑、Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓;
(3)写出B管中发生反应的反应式:4OH--4e-=2H2O+O2↑;
(4)检验a管中气体的方法是用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰;
(5)检验b管中气体的方法是用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃;
(6)电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是溶液呈红色,白色沉淀溶解.

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