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11.碳的氧化物会对环境造成影响,但同时碳的单质、化合物又是重要的化工原料,是化学学科的重要研究对象.
(1)工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(l)△H1=-128.5kJ•mol-1
已知:CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•mol-1
H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H3=-285.8kJ•mol-1
则用热化学方程式表示甲醇的燃烧热应为CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.1 kJ•mol-1
(2)科学家用X射线激光技术观察到了CO与O在催化剂表面形成化学键的过程.反应过程的示意图如图1:

①CO和O生成CO2是放热反应;反应过程中,在催化剂作用下O与CO中的C逐渐靠近,最终形成的化学键类型属于极性键(或共价键).
②结合已有知识和该反应过程,我们该如何理解,化学反应本质中的“分子破裂成为原子”这一观点?参加反应的分子中,可能是部分分子破裂成为原子.
(3)一定量的CO2与足量的C在体积可变的恒压密闭容器中反应::C(s)+CO2(g)?2CO(g).平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图2所示:
①550℃时的V小于(填“大于”、“小于”或“等于”)925℃时的V,T℃时,若向平衡体系内充入惰性气体,化学平衡将正向移动(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”).某同学是如何从图中数据,分析出该反应的正反应是吸热反应的?温度越高时,产物CO的体积分数越大.
②650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25%.
③若反应时的压强为akPa,已知气体分压(P)=气体总压(P)×体积分数,800时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=12.4akPa.

分析 (1)燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量;根据盖斯定律和题中热化学方程式写出甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式;(2)①由图可知反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应;不同非金属元素之间形成的化学键为极性共价键;
②化学反应的本质为原子的重新组合,结合图象分析;
(3)①图象分析可知:925℃时的CO的体积分数高,反应速率快,T℃时,反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%即为平衡状态,升温一氧化碳浓度增大,二氧化碳浓度减小,平衡正向进行,正反应为吸热反应;
②由图可知,650℃时,反应达平衡后CO的体积分数为40%,设开始加入的二氧化碳为1mol,根据三段式进行计算;
③用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=$\frac{{P}^{2}(CO)}{P(C{O}_{2})}$,据此计算.

解答 解:(1)根据反应①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(l)△H1=-128.5kJ•mol-1
②CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•mol-1
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H3=-285.8kJ•mol-1
根据盖斯定律:-①+②+③×2得:
CH3OH(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.1kJ•mol-1
故答案是:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.1 kJ•mol-1
(2)①由图可知反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,CO与O在催化剂表面形成CO2,CO2含有极性共价键,
故答案为:放;极性键(或共价键);
②CO与O在催化剂表面形成CO2,所以状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程,说明参加反应的分子中,可能是部分分子破裂成为原子,
故答案为:参加反应的分子中,可能是部分分子破裂成为原子;
(3)①图象分析可知:550℃时CO的体积分数为10.7%,925℃时的CO的体积分数96%,显然,925℃时CO的浓度大,反应速率快,所以550℃时的V小于925℃时的V
T℃时,反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%即为平衡状态,此点后,化学反应随升高温度一氧化碳浓度增大,二氧化碳浓度减小,平衡正向进行,升温平衡向吸热反应反应进行,所以正反应为吸热反应,
故答案为:小于;向正反应方向;温度越高时,产物CO的体积分数越大;
②由图可知,650℃时,反应达平衡后CO的体积分数为40%,设开始加入的二氧化碳为1mol,转化了xmol,
则有C(s)+CO2(g)?2CO(g)
开始       1         0
转化       x         2x
平衡;     1-x       2x
所以$\frac{2x}{1-x+2x}$×100%=40%,解得x=0.25mol,则CO2的转化率为$\frac{0.25}{1}$×100%=25%,
故答案为:25.0%;
③800℃时,CO的体积分数为93%,则CO2的体积分数为7%,所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=$\frac{{P}^{2}(CO)}{P(C{O}_{2})}$=$\frac{(0.93KP)^{2}}{0.07kp}$≈12.4akPa,
故答案为:12.4akPa.

点评 本题考查了化学平衡图象、阅读题目获取信息的能力等,难度中等,需要学生具备运用信息与基础知识分析问题、解决问题的能力.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.关于常温下pH=12的NaOH溶液,下列说法正确的是(  )
A.c(OH-)>c(Na+)+c(H+
B.由水电离出的c(OH-)=1.0×10-2mol﹒L-1
C.与等体积pH=2的醋酸混合后所得溶液显碱性
D.与等体积0.01mol﹒L-1氯化铵溶液混合后所得溶液中:c(Na+)=c(Cl-

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

6.Fe3+和I-在水溶液中反应如下:2I-+2Fe3+?2Fe2++I2(水溶液).
(1)当上述反应达到平衡后,加入CCl4萃取I2,且温度不变,化学反应速率减慢(填“增大”“减慢”或“不变”),v(正)>v(逆)填“>”“<”或“=”).
(2)该反应的正反应速率和Fe3+、I-的浓度关系为v=kcm(I-)•cn(Fe3+)(k为常数).
c(I-)/mol•L-1c(Fe3+)/mol•L-1v/mol•L-1•s-1
0.200.800.032k
0.600.400.144k
0.800.200.128k
通过所给的数据计算得知:在v=kcm(I-)•cn (Fe3+)中,m、n的值为C
A.m=1、n=1  B.m=1、n=2    C.m=2、n=1  D.m=2、n=2
I-浓度对反应速率的影响大于(填“>”“<”或“=”)Fe3+浓度对反应速率的影响.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.下列说法正确的是(  )
A.漂白粉密封保存,因为潮湿条件下易于CO2反应
B.光导纤维是将太阳能直接转化为电能的常见材料
C.用氢氟酸蚀刻玻璃和用FeCl3溶液蚀刻铜值线路板,均属于氧化还原反应
D.家用消毒柜中通过高压放电使空气产生少量臭氧,这一过程属于物理变化

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

6.由短周期元素组成的化合物X是某抗酸药的有效成分.甲同学欲探究X的组成.
查阅资料:①由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸镁铝、磷酸铝、碱式碳酸镁铝.②Al3+在pH=5.0时沉淀完全;Mg2+在pH=8.8时开始沉淀,在pH=11.4时沉淀完全.
实验过程:
Ⅰ.向化合物X粉末中加入过量盐酸,产生气体A,得到无色溶液.
Ⅱ.用铂丝蘸取少量I中所得的溶液,在火焰上灼烧,无黄色火焰.
Ⅲ.向I中所得的溶液中滴加氨水,调节pH至5~6,产生白色沉淀B,过滤.
Ⅳ.向沉淀B中加过量NaOH溶液,沉淀全部溶解.
Ⅴ.向Ⅲ中得到的滤液中滴加NaOH溶液,调节pH至12,得到白色沉淀C.
(1)Ⅰ中气体A可使澄清石灰水变浑浊,A的化学式是CO2
(2)由Ⅰ、Ⅱ判断X一定不含有的元素是磷、钠、硅.
(3)Ⅲ中生成B的离子方程式是Al3++3NH3•H20═Al(OH)3↓+3NH4+
(4)Ⅳ中B溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-═AlO2-+2H2O.
(5)沉淀C的化学式是Mg(OH)2
(6)若上述n(A):n(B):n(C)=1:1:3,则X的化学式是Mg3Al(OH)7CO3

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.N2(g) 与H2(g) 在铁催化剂表面经历如下过程生成NH3(g):下列说法正确的是(  )
A.Ⅰ中破坏的均为极性键B.Ⅳ中NH2与H2生成NH3
C.Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均为放热过程D.N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H>0

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.含硫化合物在生产生活中应用广泛,科学使用对人体健康及环境保持意义重大.
(1)红酒中添加一定量的SO2可以防止酒液氧化.这应用了SO2的还原性.
(2)某水体中硫元素主要以S2O32-形式存在.在酸性条件下,该离子会导致水体中亚硫酸的浓度增大,原因是在酸性条件下2H++S2O32-=SO2↓+S↓+H2O,SO2+H2O=H2SO3,导致溶液中酸性增强.
(3)实验室采用滴定法测定某水样中亚硫酸盐含量:

①滴定时,KIO3 和KI 作用析出I2,完成并配平下列离子方程式:
1IO${\;}_{3}^{-}$+5I-+6H+=3I2+3H2O
②反应①所得I2的作用是氧化亚硫酸根离子和硫代硫酸根离子.
③滴定终点时,100mL的水样共消耗xmL标准溶液.若消耗1mL标准溶液相当于SO32-的质量1g,则该水样中
SO32-的含量为104xmg/L.
(4)微生物燃烧电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置.某微生物燃料电池的工作原理如图所示:

①HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应式是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在,则电池可以持续供电,原因是两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO2放出电子,使电池则可以持续供电.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO•TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质.利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4)的工业流程如图所示:

已知:FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为:FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O
(1)化合物FeTiO3中铁元素的化合价是+2.
(2)滤渣A的成分是SiO2
(3)滤液B中TiOCl42-转化生成TiO2的离子方程式是TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-
(4)反应②中固体TiO2转化成(NH42Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示.反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是温度过高时,反应物氨水(或双氧水)受热易分解.

(5)(5)写出由滤液D生成FePO4的离子方程式2H3PO4+H2O2+2Fe2+═2FePO4↓+2H2O+4H+
(6)由滤液D制备LiFePO4的过程中,所需  17%双氧水与H2C2O4的质量比是20:9.
(7)若采用钛酸锂(Li4Ti5O12)和磷酸亚铁锂(LiFePO4)作电极组成电池,其工作原理为:Li4Ti5O12+3LiFePO4?$\underset{{\;}_{L{i}_{7}T{i}_{5}{O}_{12}}^{\;\;\;\;\;\;充电}}{放电}$+3FePO4该电池充电时阳极反应式是LiFePO4-e-=FePO4+Li+

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.Cl2与NaOH溶液反应可生成NaCl、NaClO和NaClO3(Cl-和ClO-)的比值与反应的温度有关,用24gNaOH配成的250mL溶液,与Cl2恰好完全反应(忽略Cl2与水的反应、盐类的水解及溶液体积变化):
(1)NaOH溶液的物质的量浓度2.4mol•L-1
(2)某温度下,反应后溶液中c(Cl-)=6c(ClO-),则溶液中c(ClO-)=0.3mol•L-1

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