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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.一定条件下,在体积为3L的密闭容器中,一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO):
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
根据题意完成下列各题:反应达到平衡时,
(1)平衡常数表达式K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
,升高温度,K值
减小
减小
(填“增大”、“减小”或“不变”).
(2)在500℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=
2nB
3tB
mol?(L?min)-1
2nB
3tB
mol?(L?min)-1
(用 nB tB 表示)
(3)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的
1
2
,下列有关该体系的说法正确的是
bc
bc

a.氢气的浓度减少
b.正反应速率加快,逆反应速率也加快
c.甲醇的物质的量增加
d.重新平衡时
n(H2)
n(CH3OH)
增大
(4)据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变,原因是:
Cu2O+CO2Cu+CO2
Cu2O+CO2Cu+CO2
(用化学方程式表示).
(5)使用燃料电池是节能减排的重要手段之一.CO和H2(俗称水煤气)燃料电池就是其中的一种,该电池的两极分别通入燃料气(水煤气)和氧气.电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-.水煤气在一定条件下可以合成二甲醚,同时还产生一种可以参与大气循环的无机化合物,3CO+3H2=CH3OCH3+CO2 或 2CO+4H2=CH3OCH3+H2O.上述水煤气燃料电池的负极反应方程式:(写1个)
CO+O2--2e-=CO2 H2+O2--2e-=2H2O
CO+O2--2e-=CO2 H2+O2--2e-=2H2O

(6)如图是丙烷、二甲醚燃烧过程中能量变化图,其中x为各自反应中对应的系数.根据该图写出二甲醚燃烧的热化学方程式:
CH3OCH3(g)+3O2(g)
点燃
2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455kJ?mol-1
CH3OCH3(g)+3O2(g)
点燃
2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455kJ?mol-1

分析:(1)平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,温度升高时,甲醇的物质的量减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动;
(2)根据甲醇的反应速率计算氢气的反应速率;
(3)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的
1
2
,体系的压强增大,正逆反应速率增大,平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增加,由于温度不变,则平衡常数不变,达新平衡时,虽然氢气反应一部分,但由于体积的影响大于平衡移动的影响,则氢气的浓度增大;
(4)Cu2O能被CO还原生成CO2和Cu,该反应为可逆反应;
(5)CO和H2都具有还原性,为燃料电池的负极,被氧化失去电子生成CO2和H2O,结合电解质书写电极反应式;
(6)根据生成1mol水放出的热量计算反应热.
解答:解:(1)平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,根据反应方程式可知,平衡常数为K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
,由图象可知,当温度升高时,甲醇的物质的量减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则平衡常数减小,
故答案为:K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
; 减小;
(2)由图象可知,时间达到tB时,甲醇的物质的量为nB,则甲醇的反应速率为v(CH3OH)=
nB
3tB
mol?(L?min)-1,由方程式可知v(H2)=2v(CH3OH)=
2nB
3tB
mol?(L?min)-1
故答案为:
2nB
3tB
mol?(L?min)-1
(3)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的
1
2
,体系的压强增大,正逆反应速率增大,平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增加,由于温度不变,则平衡常数不变,达新平衡时,虽然氢气反应一部分,但由于体积的影响大于平衡移动的影响,则氢气的浓度增大,
故答案为:bc;
(4)Cu2O能被CO还原生成CO2和Cu,该反应为可逆反应,反应体系中通入少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变,反应为Cu2O+CO 2Cu+CO2
故答案为:Cu2O+CO2Cu+CO2
(5)CO和H2都具有还原性,为燃料电池的负极,被氧化失去电子生成CO2和H2O,电极反应为CO+O2--2e-=CO2,或H2+O2--2e-=2H2O,
故答案为:CO+O2--2e-=CO2,H2+O2--2e-=2H2O;
(6)由图象可知生成1mol水时,二甲醚燃烧放出485KJ的热量,则生成3mol水,放出的热量为3×485KJ=1455KJ,
所以热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g)
点燃
2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455kJ?mol-1
故答案为:CH3OCH3(g)+3O2(g)
点燃
2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455kJ?mol-1
点评:本题考查较为综合,题目难度较大,本题注意(4)为易错点.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:

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
(1)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
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)=
0.225
0.225
mol/(L?min).H2的转化率为
75%
75%

②下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是
CDF
CDF

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1mol CO2和3mol H2
E、使用催化剂                      F、缩小容器体积
(2)①反应进行到3分钟时,同种物质的v 与v的关系:v
v (填>,=,<)
②上述反应平衡常数的表达式为
c(CH3OH)?c(H2O)
c(CO2)?c3(H2)
c(CH3OH)?c(H2O)
c(CO2)?c3(H2)
,经计算该温度下此反应平衡常数的数值为
16
3
16
3

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科目:高中化学 来源: 题型:

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,引起了普遍的重视.
(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
图1表示该反应进行过程中能量(单位为kJ?mol-1)的变化.该反应是
放热
放热
(填“吸热”或“放热”)反应.
(2)某温度下,若将6mol CO2和8mol H2充入2L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化的曲线如图2实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标).
①在反应进行的0~1min内,该反应的平均速率v(H2)=
1mol/(L?min)
1mol/(L?min)

②如果改变影响化学平衡的一个因素(如:温度、浓度、压强),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动.若上述反应体系不改变反应物的物质的量,仅改变某一实验条件再进行两次实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示,曲线I改变的实验条件是
升高温度
升高温度
,曲线Ⅱ改变的实验条件是
增大压强
增大压强

(3)下列各项中,不能够说明CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)已达到平衡的是
D
D
(填选项).
A.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化
B.一定条件下,CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
C.一定条件下,H2O(g)的浓度保持不变
D.一定条件下,单位时间内消耗1mol CO2,同时生成1mol CH3OH.

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科目:高中化学 来源: 题型:

(2009?镇江一模)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.
(1)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,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)=
0.225
0.225
mol/(L?min).
②该反应的平衡常数表达式为
k=
c(CH3OH)×c(H2O)
c(CO2)×c3(H2)
k=
c(CH3OH)×c(H2O)
c(CO2)×c3(H2)

③下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是
C、D
C、D

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1mol CO2和3mol H2
(2)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2.某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料.已知该反应的阳极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,则阴极反应式为:
2CO2+4e-+2H2O=2 CO+4OH-
2CO2+4e-+2H2O=2 CO+4OH-

有人提出,可以设计反应2CO=2C+O2(△H>0、△S<0)来消除CO的污染.请你判断是否可行并说出理由:
不可行,该反应是一个焓增、熵减的反应,任何情况下不能自发进行
不可行,该反应是一个焓增、熵减的反应,任何情况下不能自发进行

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科目:高中化学 来源: 题型:

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,引起了普遍的重视.

(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
图1表示该反应进行过程中能量(单位为kJ?mol-1)的变化.
①该反应是
放热
放热
(填“吸热”或“放热”)反应.
②反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?
(填“是”或“否”).
(2)若将6mol CO2和8mol H2充入2L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化的曲线如图2所示(实线).
①该条件下反应的平衡常数K=
0.5
0.5

②仅改变某一实验条件再进行两次实验,测得H2的物质的量随时间变化如图2中虚线所示,曲线I对应的实验条件改变是
升高温度
升高温度
,曲线Ⅱ对应的实验条件改变是
增大压强
增大压强

③下列措施中能使H2转化率增大的是
CD
CD

A.升高温度    B.充入He(g),使体系压强增大     C.将H2O(g)从体系中分离出来    D.再充入3mol CO2
(3)如将CO2与H2以1:4的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4
已知:
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ?mol-1
H2(g)+
12
O2(g)═H2O(l)△H2=-285.8kJ?mol-1
写出CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ?mol-1
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ?mol-1

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科目:高中化学 来源: 题型:

2011年11月28日至12月9日,联合国气候变化框架公约第17次缔约方会议在南非德班召开,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.精英家教网
(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.为探究该反应原理,进行如下实验,在体积为1L的密闭容器中,充入1mol CO2和3.25mol H2,在一定条件下发生反应,测定CO2、CH3OH(g)和H2O (g)的浓度随时间变化如图所示:
①写出该工业方法制取甲醇的化学反应方程式
 

②从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v (H2)=
 
 mol/(Lmin).
③该条件下CO2的转化率为
 
.当温度降低时CO2的转化率变大,则该反应△H
 
0(填“>”“<”或“=”).
④下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是
 

A.升高温度    B.充入氮气
C.将水蒸气从体系中分离    D.用更有效的催化剂
(2)选用合适的合金作为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此燃料电池负极的电极方程式为
 

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