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12.开发、使用清洁能源发展“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题.氢气、甲醇是优质的清洁燃料,可制作燃料电池.
(1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H1=-1275.6kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-566.0kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H3=-44.0kJ•mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ/mol;
(2)生产甲醇的原料CO和H2来源于:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H>0
①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×{c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c({H}_{2}O)}$,一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a.则T1<T2(填“<”“>”或“=”下同),A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小关系为KC=KB>KA
②120℃时,将1mol CH4和2mol H2O(g)通入容积为1L的密闭容器中发生反应,不能说明该反应已经达到平衡状态的是bcd;
a.容器内气体密度恒定;b.混合气体的相对分子质量恒定;c.容器内的压强恒定;d.3v(CH4)=v(H2);e.单位时间内消耗0.3mol CH4同时生成0.9molH2
(3)某实验小组利用CO(g)、O2(g)、KOH(aq)设计成如图b所示的电池装置,则该电池负极的电极反应式为CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O.当有4mol电子通过导线时,消耗标准状况下的O2体积为22.4L,此时电解质溶液的PH值变小(填“变大”、“变小”或“不变”).

分析 (1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol
②2CO (g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律,①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得:CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l),反应热也进行相应的计算;
(2)①化学平衡常数是指:一定温度下,可逆反应到达平衡时,生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比,固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出;
正反应为吸热反应,压强一定时,升高温度,平衡向正反应方向移动,甲烷的转化率增大;
平衡常数只受温度影响,处于等温线上各点平衡常数相等,由图可知,压强一定时,温度T2条件下,甲烷的转化率更大,则反应进行的程度更大;
②.可逆反应到达平衡时,同种物质的正逆速率相等,各组分的浓度、含量保持不变,由此衍生的其它一些量不变,判断平衡的物理量应随反应进行发生变化,该物理量由变化到不变化说明到达平衡;
(3)负极发生氧化反应,CO在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子与水;
根据电子转移守恒计算消耗氧气物质的量,再根据V=nVm计算氧气体积;
反应消耗NaOH,溶液碱性减弱.

解答 解:(1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H1=-1275.6kJ/mol
②2CO (g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566.0kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l)△H3=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律,①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ/mol,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ/mol;
(2)①CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)的平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×{c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c({H}_{2}O)}$;
由图开始,压强一定时,温度T2的转化率较大,正反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,甲烷的转化率增大,故温度Tl<T2
平衡常数只受温度影响,B、C处于等温线上,平衡常数相等,由图可知,压强一定时,温度T2条件下,甲烷的转化率更大,则反应进行的程度更大,比温度T1时的平衡常数大,故平衡常数KC=KB>KA
故答案为:$\frac{c(CO)×{c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c({H}_{2}O)}$;<;KC=KB>KA
②a.120℃时,反应混合物都是气体,混合气体总质量不变,容器的容积不变,容器内气体密度始终不变,不能说明得到平衡,故a错误;
b.随反应进行混合气体总物质的量增大,混合气体总质量不变,平均相对分子质量减小,当混合气体的相对分子质量恒定时,反应到达平衡状态,故b正确;
c.随反应进行混合气体总物质的量增大,容器容积不变,压强增大,当容器的压强恒定时,说明到达平衡,故c正确;
d.3v(CH4)=v(H2),不同物质的正逆速率之比等于化学计量数之比,反应到达平衡,故d正确,
e.单位时间内消耗0.3mol CH4同时生成0.9molH2,均表示正反应速率,反应始终按此比例进行,不能说明到达平衡,故e错误,
故选:bcd;
(3)负极发生氧化反应,CO在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子与水,负极电极反应式为:CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O;
当有4mol电子通过导线时,消耗标准状况下的O2体积为$\frac{4mol}{4}$×22.4L/mol=22.4L;
反应消耗NaOH,溶液碱性减弱,则溶液pH变小,
故答案为:CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O;22.4;变小.

点评 本题考查化学平衡影响因素、化学平衡图象、平衡状态判断、平衡常数、热化学方程式、原电池等,题目比较综合,需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.用NA表示阿伏德罗常数,下列叙述正确的是(  )
A.标准状况下,22.4L H2O含有的分子数大于NA
B.通常状况下,NA个CO2分子占有的体积为44.8 L
C.通常状况下,22.4L O3中所含的氧原子数为3NA
D.常温常压下,1.06g Na2CO3含有的Na+离子数为0.01 NA

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5.已知A、B、C是中学化学的常见物质,它们在一定条件下有如图转化关系:
A$→_{一定条件}^{+D}$B$→_{一定条件}^{+D}$C
(1)若A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝;C为红棕色气体.则A转化为 B反应的化学方程式为4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O.
(2)若A焰色反应为黄色,D 常温下是气体,则 B可能是Na2O或Na2CO3(任写一种).
(3)若D是金属,C溶液在贮存时应加入少量D,其理由是防止亚铁离子被空气中氧气氧化.

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2.将0.1mol•L-1氨水加水稀释,下列说法正确的是(  )
A.电离平衡逆向移动B.c(OH-)增大
C.电离平衡常数增大D.n(OH-)增大

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7.某市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5um的悬浮颗粒物)其主要来源为燃煤、机动车尾气等.因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义.请回答下列问题:
(1)对PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样.若测得该试样所含水溶性离子的化学组分及其平均浓度如下表:
离子K+Na+NH4+SO42-NO3-Cl-
浓度/mol•L-14×10-66×10-62×10-54×10-53×10-52×10-5
根据表中数据计算试样的pH约为4
(2)为减少SO2的排放,常采取的措施有:
①将煤转化为清洁气体燃料.已知:
2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)K1     
2C(s)+O2(g)═2CO(g)K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)  K=$\sqrt{\frac{K{\;}_{2}}{{K}_{1}}}$(用含K1、K2的式子表示)
②洗涤含SO2的烟气,以下物质可作洗涤剂的是AB.
A.Ca(OH)2     B.Na2CO3       C.CaCl2       D.NaHSO3
(3)汽车尾气中NOx和CO的生成及转化为:
①已知气缸中生成NO的反应为:N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H>0.若1mol空气含有0.8molN2和0.2molO2,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡.测得NO为8×10-4mol.计算该温度下的平衡常数K=4×10-6
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO,2CO(g)═2C(s)+O2(g)
已知该反应的△H>0,简述该设想能否实现的依据:该反应是焓增、熵减的反应.根据△G=△H-T△S,△G>0,不能实现.
③目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染,其化学反应方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO2+N2

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17.700℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1>t2).
反应时间/minn(CO)/molH2O/mol
01.200.60
t10.80
t20.20
下列说法正确的是(  )
A.反应在t1 min内的平均速率为v(H2)=0.40/t1 mol•L-1•min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O,达到平衡时n(CO2)=0.40 mol
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数减小
D.温度升至800℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应

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4.下列热化学方程式或说法正确的是(  )
A.甲烷的燃烧热为△H=-890kJ•mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890 kJ?mol-1
B.500℃、30MPa下,将0.5mol N2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3kJ,其热化学方程式为:
N2(g)+3H2(g)$\frac{\underline{\;\;\;\;\;催化剂\;\;\;\;\;}}{300℃.30Pa}$2NH3(g)△H=-38.6kJ?mol-1
C.已知:H2(g)+F2(g)═2HF(g);△H=-270 kJ/mol,则1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJ
D.在C中相同条件下,2 mol HF气体的能量小于1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和

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1.早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器.公元1世纪时,铁在我国已经广泛使用.请回答下列问题:
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②向盛有氯化铁溶液的烧杯中加入一定量的锌粉,可能发生的化学方程式为2FeCl3+Zn═ZnCl2+2FeCl2、FeCl2+Zn═ZnCl2+Fe.

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2.下列有关电解实验的说法不正确的是(  )
A.使用肼-空气碱性燃料电池作为电解精炼铜的电源,阴极的质量变化128 g,则肼-空气碱性燃料电池理论上消耗标准状况下空气的体积为112 L(假设空气中氧气的体积分数为20%)
B.若在电解水时加入少量硫酸钠,则电解水结束后溶液的pH将会保持不变
C.电解硫酸铜溶液一小段时间后,为了使电解质溶液复原,可以加入适量的Cu(OH)2
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