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12.科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇(CH3OH),并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池.已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol-1、-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1
请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是2858kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1
(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇反应方程式为:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),在其他条件不变得情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如图所示,下列说法正确的是②⑤(填序号)
①250℃时,0~10minH2反应速率为0.015mol/(L•min)
②该反应在T时生成甲醇的速率比250℃时的小
③T时,若3v(CO)=v(H2),则该反应达到平衡
④若密闭容器中混合气体密度不变则该反应达到化学平衡状态
⑤平衡时CO2的转化率:T℃时大于250℃时
(4)在T温度时,将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为1-$\frac{a}{2}$.
(5)在直接以甲醇为燃料的电池中,电解质溶液为碱性,负极的反应式为2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+

分析 (1)1mol H2(g)燃烧生成1molH2O(l)放出的热量为285.8kJ,据此计算分解10mol水消耗的能量;
(2)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热可得热化学方程式:
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1
根据盖斯定律,②-①可得:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l);
(3)由图可知,250℃先达到平衡,则温度T<250℃,又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少,则说明升高温度反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,
①根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算250℃时,0~10min用H2表示的反应速率;
②温度越高,反应速率越快;
③T时,若3v(CO)=v(H2),没有告诉正逆反应,无法判断平衡状态;
④该反应过程中密度为定值;
⑤根据图象曲线判断平衡时CO2的转化率大小;
(4)根据二氧化碳的转化率计算平衡时各物质的物质的量,恒温恒容下,压强之比对气体物质的量之比;
(5)原电池负极发生氧化反应,正极发生还原反应,甲醇在负极失去电子,酸性条件下生成二氧化碳,由电荷守恒可知,还生成氢离子.

解答 解:(1)1mol H2(g)燃烧生成1molH2O(l)放出的热量为为285.8kJ,分解10mol H2O(l)消耗的能量为:285.8kJ×10=2858kJ,
故答案为:2858;
(2)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热可得热化学方程式:
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1
根据盖斯定律,②-①可得:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1
故热化学方程式为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1
(3)由图可知,250℃先达到平衡,则温度T<250℃,又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少,则说明升高温度反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,
①250℃时,0~10min时用H2表示的反应速率为:v(H2)=3v(CH3OH)=$\frac{\frac{0.15mol}{2L}}{10min}$×3=0.0225mol/(L•min),故①错误;
②根据分析可知温度T<250℃,温度越高反应速率越快,则该反应在T时生成甲醇的速率比250℃时的小,故②正确;
③T时若3v(CO)=v(H2),没有指出正逆反应,无法判断是否达到平衡状态,故③错误;
④该反应前后都是气体,气体的总质量不变,容器容积不变,则密度始终不变,不能根据密度判断平衡状态,故④错误;
⑤根据图象可知,平衡时甲醇的物质的量:T℃>250℃,甲醇的物质的量越大说明二氧化碳的转化率越高,则平衡时CO2的转化率:T℃时大于250℃,故⑤正确;
故答案为:②⑤;
(4)反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则:
           CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol):1        3        0        0
转化(mol):a        3a       a        a
平衡(mol):1-a      3-3a     a        a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比,即(1-a+3-3a+a+a):(1+3)=1-$\frac{a}{2}$,
故答案为:1-$\frac{a}{2}$;
(5)原电池负极发生氧化反应,正极发生还原反应,甲醇在负极失去电子,酸性条件下生成二氧化碳,由电荷守恒可知,还生成氢离子,负极电极反应式为2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+
故答案为:2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+

点评 本题考查较为综合,涉及化学平衡计算、反应热与焓变、原电池原理等知识,明确化学平衡及其影响为解答关键,注意掌握电解原理、反应热与焓变的应用,试题培养了学生的分析、理解能力及综合应用能力.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

1.2016年11月4日是《巴黎协定》气候协议生效的日期,其宗旨是提高绿色低碳转型的竞争力、抵御气候变化,人们需要用不同的方法将CO2进行转化利用.
(1)处理CO2的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇.已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下:
2H2(g)+O2(g)═2H2O(I)△H=-283.0kJ•mol-1
2CH3OH(I)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O{I)△H=-726.0kJ•mol-1
写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-61.5kJ/mol;
(2)CO2经催化加氢还可合成低碳烯烃:
2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)△H=Q kJ•mol-1
在0.1MPa时,按n(CO2):n(H2)=1:3投料,图1表示平衡时四种气态物质的物质的(n)与温度(T)的关系.
(1)Q<0(填“>”、或“<”);
②曲线b表示的物质为b.
(3)在强酸性的电解质水溶液中,用惰性材料做电极,电解CO2可得到多种燃料,其原理如图2所示. 
①该工艺中能量转化方式主要有太阳能转化为电能,电能转化为化学能;
②电解时,生成丙烯的电极反应式为3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O.
(4)以CO2为原料制取碳(C)的太阳能工艺如图3所示.
①过程1中发生反应的化学方程式为2Fe3O4 $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O2↑.
②过程2中每生成lmolFe3O4[FeO•Fe2O3]转移电子的物质的量为2mol.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.有关硅及其化合物的叙述正确的是(  )
A.二氧化硅与任何酸都不反应
B.硅太阳能电池、计算机芯片、光导纤维都用到硅单质
C.硅的性质很稳定,能以单质形式存在于地壳中
D.水泥路桥、门窗玻璃、砖瓦、陶瓷餐具所用材料为硅酸盐

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.在如图所示的量热计中,将100mL0.50mol•L-1CH3COOH溶液与100mL0.55mol•L-1NaOH溶液混合,温度从25.0℃升高到27.7℃.已知该量热计的热容常数(量热计各部件每升高1℃所需的热量)是150.5J•℃-1,生成溶液的比热容为4.184J•g-1•℃-1,两溶液的密度均近似为1g•mL-1.下列说法错误的是(  )
A.CH3COOH溶液与NaOH溶液的反应为吸热反应
B.所加NaOH溶液过量,目的是保证CH3COOH溶液完全被中和
C.若量热计的保温瓶绝热效果不好,则所测△H偏大
D.CH3COOH的中和热△H为-53.3KJ•mol-1

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

7.在一定温度下,将3mol A和2mol B充入到2L的恒容密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)?x C(g)+D(l),2min末反应达到平衡状态,此时C(A):C(B):C(C)=1:2:4.由此推断:
(1)x值等于3.
(2)B平衡时的浓度为0.6mol/L
(3)A的转化率为80%.
(4)以C表示的反应速率为0.01 mol/(L•s).
(5)平衡后与开始时气体压强的最简整数比为21:25.
(6)在达到平衡的过程中,气体的密度一直减小(填增大、减小、不变或无法判断).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

17.呼吸面具中Na2O2可吸收CO2放出O2,反应方程式为2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2.若用超氧化钾(KO2)代替 Na2O2也可起到同样的作用.
(1)写出KO2与CO2的反应方程式:4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2
(2)1kg Na2O2和1kg KO2分别和CO2反应,生成的O2体积比(同温同压下)为71:117.
(3)等物质的量的CO2分别与足量Na2O2、KO2反应生成的O2体积比(同温同压下)为1:3.
(4)你认为选用哪种物质作补氧剂更为合适?理由是什么?

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

4.在花瓶中加入“鲜花保鲜剂”,能延长鲜花的寿命.现有一种无色的鲜花营养液,可能由硝酸钙、碳酸钾、硝酸钾、氯化钾中的一种或几种物质组成,为探究其成分,某同学设计并完成了如图所示的实验.

根据以上实验,请你填空.
①由实验1可确定原营养液中一定没有的物质是K2CO3(填化学式),写出生成白色沉淀的化学方程式是Ca(NO32+Na2CO3↓=CaCO3↓+2NaNO3
②若测得原营养液中K+、Cl-的数目之比为2:1,则原营养液是由3种溶质配制成的.
③某同学用氯化钙、硝酸钾、氯化钾配成的营养液中K+、Cl-、NO3的数目之比为2:5:1,则所用硝酸钾和氯化钙的物质的量之比是1:2.

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科目:高中化学 来源: 题型:推断题

1.A、B、C、D是中学化学的常见物质,其中A、B、C均含有同一种元素.在一定条件下相互转化的关系如图所示(部分反应中的H2O已略去).请填空:
(1)若A可用于自来水消毒,D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,加热蒸干B的溶液不能得到B,则B的化学式可能是FeCl3;工业上制取A的离子方程式为2Cl-+2H2O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑.
(2)若A是一种碱性气体,常用作制冷剂,B是汽车尾气之一,遇空气会变色,则反应①的化学方程式为4NH3+5O2 $\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O.
(3)若D是氯碱工业的主要产品,B有两性,则反应②的离子方程式是Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.
(4)若C是一种温室气体,D是空气的主要成分之一,12g黑色固体A完全燃烧放出393.5kJ热量,1molB气体完全燃烧放出283.0kJ热量,则A→B反应的热化学方程式为2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221kJ•mol-1

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

2.氯碱工业中制碱的原料是饱和食盐水,由于粗盐中含有泥沙和Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质,不符合电解要求,因此必须经过精制.学校实验小组精制粗盐水的实验过程如图:

请回答以下问题:
(1)操作a的名称是过滤,所用玻璃仪器是玻璃棒、漏斗、烧杯.
(2)在第Ⅱ步中,加入过量试剂甲后,生成了两种大量的沉淀,则试剂甲为NaOH溶液(写化学式).
(3)试剂丙为Na2CO3溶液(写化学式).判断试剂丙是否过量的方法是:向上层清液中滴加盐酸,若产生气泡,则Na2CO3过量.
(4)在第Ⅴ步中,加入试剂丁直到溶液无明显变化时,写出此过程的化学方程式NaOH+HCl=NaCl+H2O;Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O.

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