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试运用所学知识,解决下列问题:
(1)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)  
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 H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/°C 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol?L-1,在该条件下,CO的平衡转化率为______.
(2)在100℃时,将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽真空的密闭容器中,每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据:
时间/s 0 20 40 60 80
n(NO2)/mol 0.40 n1 0.26 n3 n4
n(N2O4)/mol 0.00 0.05 n2 0.08 0.08
①n3______n4(填“>”或“<”或“=”),该反应的平衡常数的值为______;
②若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体,要达到上述同样的平衡状态,四氧化二氮的起始浓度是______mol?L-1,假设在80s时达到平衡,请在右图中画出并标明该条件下此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线.
(3)以甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的正极反应式______.
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(1)对于反应  CO(g)+H2O(g)  
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 H2(g)+CO2(g),
开始(mol/L):0.02     0.02                    0     0
变化(mol/L):c        c                       c     c
平衡(mol/L):0.02-c     0.02-c               c     c
所以
c×c
(0.02-c)×(0.02-c)
=9,解得c=0.015
所以CO的转化率为
0.015mol/L
0.02mol/L
×100%=75%.
故答案为:75%.
(2)①由表可知,60s时反应达到化学平衡状态,二氧化氮的物质的量不再变化,所以n3=n4
根据反应方程式计算:
       2NO2


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N2O4
初始:0.4mol     0
转化:0.16mol     0.08mol
平衡:0.24mol     0.08mol
则平衡时的浓度分别为:c(N2O4)=0.04mol/L,c(NO2)=0.12mol/L,
所以该温度下该反应平衡常数k=
0.04
0.122
=2.8
故答案为:=;  2.8
②根据反应 2NO2


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N2O4可知,0.4molNO2与0.2molN2O4相当,若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体,要达到上述同样的平衡状态,四氧化二氮的起始浓度是
0.2mol
2L
=0.1mol/L.
根据反应 2NO2


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N2O4可知,NO2的浓度随时间变化为N2O4的浓度变化2倍.从放入N2O4到平衡时需要80s,初始加入的N2O4的物质的量浓度为0.1mol/L,平衡时N2O4的物质的量浓度为0.04mol/L,NO2的物质的量浓度为2×(0.1mol/L-0.04mol/L)=0.12mol/L,图象可取起点、20s、80s等几个点用平滑曲线来连接.
故答案为:
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(3)甲醇为原料的燃料电池中,燃料甲醇为负极,发生失电子的氧化反应,氧气是正极,发生得电子得还原反应,氢氧化钠为电解质,在碱性环境下,氧气的放电情况为:O2+2H2O+4e-=4OH-
故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择.化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求.如图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

(1)该产业链中属于高中阶段常见的在低温下能自发进行的反应是:
N2+3H2?2NH3或NH3+HNO3═NH4NO3
N2+3H2?2NH3或NH3+HNO3═NH4NO3

(2)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:
K=
c(H2)c(CO)
c(H2O)
它所对应的化学反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

(3)已知在一定温度下,
C(s)+CO2(g)?2CO(g)平衡常数K1
CO(g)+H2O(g )?H2(g)+CO2(g)平衡常数K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)  平衡常数K3
则K1、K2、K3之间的关系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

(4)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是
放热
放热
反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:
75%
75%

(5)从图1看出氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的结构式分别是.实验测得N-N键键能为167kJ?mol-1,NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1,N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1.请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
.对反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
D
D

A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(6)0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的上述产业链中一产品化肥硝酸铵溶液等体积混合后,溶液中所有分子和离子( 除水和氨分子外)等微粒从大到小的顺序是
c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(NH3?H2O)>c(OH-)>c(H+
c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(NH3?H2O)>c(OH-)>c(H+

(7)以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

如图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

(1)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=
[H2][CO]
[H2O]

它所对应的化学反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

(2)已知在一定温度下,各反应的平衡常数如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1                  ①
CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),K2        ②
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3         ③
则K1、K2、K3,之间的关系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

反应①的平衡常数K随温度的升高而
增大
增大
(增大/减小/不变).
一定温度下,在三个容积均为2L的容器中均进行着③反应,各物质的物质的量浓度及正逆反应速率关系如下表所示.请填写表中相应的空格.
容器编号 n(C)mol n(H2O)mol n(CO)mol n(H2)mol v、v比较
0.2 0.12 1.20 0.20 v=v
0.16 0.20 0.40 0.80 v
v
简述理由:
Q=
0.2×0.4
0.1
=0.8<1=K,Q<K 平衡向正方向进行,所以v>v
Q=
0.2×0.4
0.1
=0.8<1=K,Q<K 平衡向正方向进行,所以v>v

(3)该产业链中氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.对反应N2O4(g)?2NO2(g)△H>O,在温度为T1、T2时,平衡体系中N02的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
D
D
 
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(4)如果(3)中的反应达到平衡后,改变某一外界条件(不改变N2O4、NO2的量),反应速率v与时间t关系如右图所示.图中t4时引起平衡移动的条件可能是
增大压强
增大压强
;图中表示平衡混合物中NO2的含量最高的一段时间是
t3~t4
t3~t4

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

(2013?闸北区二模)如图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:K=
C(H2)?C(CO)
C(H2O)
,它所对应反应的化学方程式是
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

(2)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)+90.8kJ,t℃下此反应的平衡常数为160.此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应l0min后测得各组分的浓度如下:
物质 H2 CO CH3OH
浓度(mol/L) 0.2 0.1 0.4
①该时间段内反应速率v(H2)=
0.08mol/(L?min)
0.08mol/(L?min)

②比较此时正、逆反应速率的大小:v
v(填“>”、“<”或“=”)
③反应达到平衡后,保持其它条件不变,若只把容器的体积缩小一半,平衡向
正向
正向
(填“逆向”、“正向”或“不”)移动,平衡常数K
不变
不变
(填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)固氮是科学家致力研究的重要课题.自然界中存在天然的大气固氮过程:N2(g)+O2(g)→2NO (g)-180.8kJ,工业合成氨则是人工固氮.
分析两种固氮反应的平衡常数,下列结论正确的是
BC
BC

 反应 大气固氮 工业固氮
温度/℃ 27 2000 25 350 400 450
K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.507 0.152
A.常温下,大气固氮很难进行,而工业固氮却能非常容易进行
B.模拟大气固氮应用于工业上的意义不大
C.工业固氮时温度越低,氮气与氢气反应越完全
D.K越大说明合成氨反应的速率越大.

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
I.已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=
C(H2)?C(CO)
C(H2O)
,它所对应反应的化学方程式为
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

II.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用,工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3.工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)
高温
CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)
高温
CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)
高温
CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
.830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L,5min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5min内CO的平均反应速率为
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,a=
5.4
5.4
mol/L.
(3)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列试验,每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,试验结果如图2,CO转化率随温度变化的规律是
由图表可知,温度低于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小
由图表可知,温度低于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小
,其原因是
在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小
在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小

(4)“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源,其工作原理如图3所示.写出a电极上发生的电极反应式
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+

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科目:高中化学 来源: 题型:

精英家教网研究CO、NO、NO2等气体的性质,以便消除污染或变废为宝,可以保护环境、节约资源.试运用所学知识,解决下列问题:
(1)生产水煤气过程中有以下反应:
①C(s)+CO2(g)?2CO(g)△H1
②CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)△H2
③C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H3
若平衡表达式为K=
c(H2)?c(CO)
c(H2O)
,则它所对应的化学反应方程式是(填序号)
 
;上述反应△H1
△H2、△H3之间的关系为
 

(2)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示.则△H2
 
 0(填“<”“>”);在500℃时,把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器,达到平衡时c(CO)=0.005mol/L、c(H2)=0.015mo/L,则CO的平衡转化率为
 

温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
(3)对反应2NO2(g)?N2O4(g)△H<0,在温度为T1、T2时,平衡体系N2O4的体积分数随压强变化曲线如右上图所示.则T1
 
T2(填“>”或“<”);增大压强,平衡向
 
反应方向移动;B、C两点的平衡常数B
 
C(填“>”或“<”).

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