容器 | 甲 | 乙 | 丙 |
反应物投入量 | 1molCO、2mol H2 | 1mol CH3OH | 2mol CO、4mol H2 |
CH3OH的浓度(mol/L) | c1=0.25 | c2 | c3 |
反应的能量变化 | 放出Q1 kJ | 吸收Q2 kJ | 放出Q3 kJ |
平衡常数 | K1 | K2 | K3 |
反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
t2~t3 | t4~t5 | t5~t6 | t7~t8 |
K4 | K5 | K6 | K7 |
分析 (1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890,.3kJ•mol-1,得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量;
(2)①甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,计算1mol甲烷完全反应放出的热量,反应为放热反应,据此分析图象判断;
②依据①计算得到的反应的焓变,图中中是反应达到平衡状态时放热155.8KJ,计算反应的甲烷得到转化率;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H1=-890.3kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g);△H2=-393.5kJ/mol
反应C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)可以是②+③-①得到,由此分析解答;
(4)A.CO2与H2O反应生成CH4和O2,为吸热反应;
B.使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应,常温下不能发生;
C.大气中的CO2和海底开采的CH4合成合成气(CO、H2),具有可行性;
D.将固态碳合成C60,以C60作燃料,产物相同;
(5)①可逆反应达到平衡状态,一定满足正逆反应速率相等,各组分的浓度、百分含量不再变化,据此进行判断;
②在恒温恒容条件下,甲加入1molCO、2molH2与乙中1molCH3OH为等效平衡,而丙中加入2molCO、4molH2,与甲相比,丙增大了压强,平衡向着正向移动,据此进行解答;
③温度不变,化学平衡常数不变,t3时刻,正逆反应速率都增大,且逆反应速率变化大,平衡向逆反应移动,应该为升高了温度;t6时刻,正逆反应速率都减小,且正反应速率变化大,平衡向逆反应移动,据此进行解答.
解答 解:(1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ•mol-1,得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量等于890.3kJ•mol-1,
故答案为:=;
(2)①甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ,反应焓变△H=-247.36KJ/mol,反应为放热反应,反应物能量高于生成物,反应的热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=-247.36KJ/mol,符合能量变化的图象只有D符合,
故答案为:D;
②反应的热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=-247.36KJ/mol,图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ,则反应的甲烷物质的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol,甲烷转化率为63%,
故答案为:63%;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H1=-890.3kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g);△H2=-393.5kJ/mol
盖斯定律计算,②+③-①得到,反应C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)△H=-74.8 kJ•mol-1,
故答案为:-74.8 kJ•mol-1;
(4)A.甲烷与氧气的反应为放热反应,可知CO2与H2O反应生成CH4和O2为吸热反应,故A错误;
B.使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应,常温下不能发生,故B项不正确;
C.大气中的CO2和海底开采的CH4合成合成气(CO、H2),具有可行性,利用优质催化剂、太阳能实现转化,故C正确;
D.将固态碳合成C60,以C60作燃料,产物相同,研究方向不可行,故D错误;
故答案为:C;
(5)①A.v正(H2)=2v逆(CH3OH),表示的是正逆反应速率,且满足二者计算量关系,说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.n(CO):n(H2):n(CH3OH)=1:2:1,物质的量之比,无法判断正逆反应速率是否相等,无法判断是否达到平衡状态,故B正确;
C.混合气体的密度不变,反应前后都是气体,容器的容积不变,所以气体的密度始终不变,密度不能作为判断平衡状态的依据,故C正确;
D.该反应是气体体积缩小的反应,反应过程中气体的物质的量发生变化,混合气体的平均分子量发生变化,若混合气体的平均相对分子质量不变,说明达到了平衡状态,故D错误;
E.该反应是体积缩小的反应,气体的物质的量在反应中发生变化,若容器的压强不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故E错误;
故答案为:BC;
②A、恒温恒容条件下,甲加入1molCO、2molH2与乙中1molCH3OH为等效平衡,则达到平衡时各组分的浓度都相等,所以c1=c2,故A正确;
B、由于甲和乙是从不同方向进行的反应,则甲放出的热量与乙吸收的热量不一定相等,故B错误;
C、由于甲和乙为从不同的方向进行的可逆反应,两个反应中温度相同,则平衡常数不变,所以K1=K2,故C正确;
D、甲和乙为等效平衡,反应的方向完全不同,所以a1=a2,用于丙中浓度为甲的2倍,相当于增大了压强,丙中反应物转化率大于甲,即a3>a1,所以a2+a3>100%,故D错误;
故答案为:AC;
③t3时刻,正逆反应速率都增大,且逆反应速率变化大,平衡向逆反应移动,应为升高温度,所以K4>K5;
t6时刻,正逆反应速率都减小,且正反应速率变化大,平衡向逆反应移动;应为降低压强,所以K6=K7;
t5~t6正逆速率都增大,平衡不移动,应是使用催化剂,K不变,所以K5=K6,所以K4>K5=K6=K7,
根据t3时刻升高了温度,平衡向着逆向移动,反应物转化率减小;t4-t5时使用催化剂,转化率不变;t6时减小了压强,平衡向着逆向移动,反应物转化率减小,所以t2~t3段A的转化率最高,
故答案为:K4>K5=K6=K7; t2~t3.
点评 本题考查了热化学方程式书写、盖斯定律计算、反应热与能源,为高频考点,把握物质的性质、反应中的能量变化、化学研究等为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意化学研究方案的可行性分析,题目难度中等.
科目:高中化学 来源: 题型:选择题
A. | 工业制漂白粉:C12+2OH-═Cl-+ClO-+H2O | |
B. | 将氯气溶于水制备次氯酸:C12+H2O═2H++Cl-+ClO- | |
C. | 用FeCl3溶液腐蚀铜线路板:Cu+2Fe3+═Cu2++2Fe2+ | |
D. | 用浓盐酸酸化的KMnO4溶液与H2O2反应,证明H2O2具有还原性:2MnO4-+6H++5H2O2═2Mn2++5O2↑+8H2O |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
A. | H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(l)△H=-242kJ•mol-1 | |
B. | 若H-H、O═O的键能分别是436 kJ•mol-1和496 kJ•mol-1,则H-O的键能是463 kJ•mol-1 | |
C. | 据图可知,氢气的燃烧热为242 kJ•mol-1 | |
D. | 10克氢气在氧气中完全燃烧,放出热量为1210kJ |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
A. | 在0.1mol•L-1的碳酸钠溶液中存在5种微粒,且c(CO32-)+c(HCO3-)=0.1mol•L-1 | |
B. | 硫化钠水解的离子方程式:S2-+2H2O?H2S+2OH- | |
C. | FeSO4溶液中滴加次氯酸钠溶液:Fe2++ClO-+2H2O=Fe(OH)2↓+2HClO | |
D. | AgNO3溶液中滴加足量NaCl溶液,再滴加NaI溶液,先产生白色沉淀后转化为黄色沉淀 |
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题
容器编号 | 起始时各物质物质的量/mol | 达到平衡的时间/min | 达平衡时体系能量的变化/kJ | |||
CO | H2O | CO2 | H2 | |||
① | 1 | 4 | 0 | 0 | t1 | 放出热量:32.8 kJ |
② | 2 | 8 | 0 | 0 | t2 | 放出热量:Q |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
A. | 反应①中化学能转化为热能 | |
B. | 反应②中若生成液态铝则反应热应大于△H2 | |
C. | 反应③中1molAlCl3(g)生成时,需要吸收174.9kJ的热量 | |
D. | 该生产工艺中能循环利用的物质只有A1C13 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
化学键 | C-C | C-H | H-H | C-O | H-O |
键能/kJ•mol-1 | 348 | 413 | 436 | 358 | 463 |
A. | 1550+43.2kJ•mol-1 | B. | 750-43.2kJ•mol-1 | ||
C. | 1550+86.4kJ•mol-1 | D. | 750+43.2kJ•mol-1 |
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科目:高中化学 来源: 题型:实验题
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题
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