【題目】研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應,分別生成CH3OH和CO,反應的熱化學方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1 反應Ⅰ
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2 =+41.2kJmol-1 反應Ⅱ
某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1:2.2,在相同壓強下,經(jīng)過相同反應時間測得如下實驗數(shù)據(jù):
T(K) | 催化劑 | CO2轉(zhuǎn)化率(%) | 甲醇選擇性(%) |
543 | Cat.1 | 12.3 | 42.3 |
543 | Cat.2 | 10.9 | 72.7 |
553 | Cat.1 | 15.3 | 39.1 |
553 | Cat.2 | 12.0 | 71.6 |
[備注]Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比
(1)研究證實,CO2可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,則生成甲醇的電極反應式是_________________。
(2)從表中實驗數(shù)據(jù)可以分析出,提高CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性的方法有______________。
(3)能說明反應Ⅱ已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是_____________。
A.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
B.混合氣體的密度不變
C.v(H2)正>v(CO)正
D.n(CO)/n(H2)不變
(4)在恒容密閉容器中,由CO2和H2進行反應I合成甲醇,在其它條件不變的情況下,探究溫度對化學平衡的影響,實驗結(jié)果如圖。
①△H1_________0(填“>”、“<”或“=”)
②有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施有___________(填標號)。
A.降低反應溫度
B.投料比不變,增加反應物的濃度
C.增大CO2和H2的初始投料比
D.混合氣體中摻入一定量惰性氣體(不參與反應span>)
(5)在T1溫度時,將1.00molCO2和3.00molH2充入體積為1.00L的恒容密閉容器中,容器起始壓強為P0,僅進行反應I。
①充分反應達到平衡后,若CO2轉(zhuǎn)化率為a,則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為________(用a表示)。
②若經(jīng)過3h反應達到平衡,平衡后,混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol,則該過程中H2的平均反應速率為____________(保留三位有效數(shù)字);平衡常數(shù)K可用反應體系中氣體物質(zhì)分壓表示,即K表達式中用平衡分壓代替平衡濃度,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)。則上述反應壓力平衡常數(shù)KP為____________(用P0表示,并化簡)。
【答案】(1)CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O(2分)
(2)使用Cat2催化劑(或理想催化劑) 溫度為543K(或降低溫度)(2分)
(3)D(1分)
(4)①<(1分)②A(1分)
(5)①(2分)②0.5mol·L-1·h-1(1分)(2分)
【解析】
試題分析:
(1)利用CO2在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,此時發(fā)生的反應為還原反應,則生成甲醇的反應發(fā)生在陰極,該電極反應式是CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。
(2)從表中實驗數(shù)據(jù)可以分析出,使用相同催化劑時溫度降低CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性較好,另外在相同溫度下,使用Cat.2催化劑CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性好,故提高CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性應選擇使用Cat2催化劑(或理想催化劑或溫度為543K(或降低溫度);
(3)反應ⅡCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2 =+41.2kJmol-1為氣體系數(shù)相等的吸熱反應。A.反應前后氣體的總物質(zhì)的量不變,總質(zhì)量不變,則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量一直不變,則不能判斷反應是否已達平衡狀態(tài);B.反應前后氣體的總質(zhì)量不變,體積也不變,則混合氣體的密度不變,則不能判斷反應是否已達平衡狀態(tài);C.都為正反應速率,不能判斷反應是否已達平衡狀態(tài);D.n(CO)/n(H2)不變,則n(CO)、n(H2)不再改變,反應已達平衡狀態(tài);故選D。
(4)①溫度T2達到平衡時需要的時間短,可知反應速率快,對應的溫度T2>T1,但此時水蒸氣的含量降低,可知升高溫度平衡逆向移動,故△H1<0;②A.降低反應溫度平衡正向移動,有得提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,正確;B.恒壓條件下,投料比不變,增加反應物的濃度,不改變平衡的移動方向,無法提高CO2的轉(zhuǎn)化率,錯誤;C.恒壓條件下,增大CO2和H2的初始投料比,平衡正向移動,H2的轉(zhuǎn)化率提高,但CO2的轉(zhuǎn)化率降低,錯誤;D.混合氣體中摻入一定量惰性氣體,不改變平衡的移動方向,無法提高CO2的轉(zhuǎn)化率,錯誤;答案為A。
(5)在T1溫度時,將1.00molCO2和3.00molH2充入體積為1.00L的恒容密閉容器中,容器起始壓強為P0,僅進行反應I。
①由化學平衡的三段模式法計算可知,
CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
起始 1 3 0 0
變化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比,
則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為=(1-a+3-3a+a+a):(1+3)=(2-a):2,
②若經(jīng)過3h反應達到平衡,平衡后,混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol,即(1-a+3-3a+a+a)=3.00mol,解得a=0.5mol,則該過程中H2的平均反應速率為=0.500mol·L-1·h-1;該溫度下反應的化學平衡常數(shù)K為=0.148(L·mol-1)2;CO2的平衡分壓為P0,H2的平衡分壓為P0,CH3OH的平衡分壓為P0,H2O的平衡分壓為P0,上述反應壓力平衡常數(shù)KP為=。
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【題目】下圖是某廠生產(chǎn)的某種加鈣食鹽包裝標簽上的部分文字,請閱讀后回答以下問題:
(1)標簽上鈣含量中,鈣是指 ;(填元素、單質(zhì)、化合物、其他)
(2)為了檢驗此鹽中是否含有CaCO3,在家庭廚房里可選用的物質(zhì)是 ;
(3)為了測定此鹽的鈣元素含量,取10克此鹽溶于水,加入足量鹽酸,生成標準狀況下二氧化碳 67.2亳升。請計算此加鈣食鹽中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)。(列出計算過程)
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【題目】某溫度下,將6 mol CO2和8 mol H2 充入2 L密閉容器中發(fā)生反應CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH < 0,容器中H2的物質(zhì)的量隨時間的變化關(guān)系如圖中的實線所示。圖中虛線表示僅改變某一反應條件時,H2的物質(zhì)的量隨時間的變化關(guān)系。下列說法正確的是
A.從反應開始至a 點,ν(CO2)=0.9 mol·L-1·min-1
B.曲線Ⅰ對應的條件改變可能是減小壓強
C.曲線Ⅱ?qū)臈l件改變可能是充入氫氣
D.該溫度下,此反應的化學平衡常數(shù)的數(shù)值為0.5
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【題目】下列實驗的反應原理用離子方程式表示正確的是
A.明礬凈水:Al3++3H2O=Al(OH)3↓+3H+
B.用過量氨水吸收工業(yè)尾氣中的SO2:2NH3·H2O+SO2=2NH4++SO32-+H2O
C.用CuCl2溶液做導電實驗,燈泡發(fā)光:CuCl2Cu2++2C1-
D.用高錳酸鉀標準溶液滴定草酸:2MnO4-+16H++5C2O42-=2Mn2++10CO2↑+8H2O
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【題目】二氧化氯(ClO2)是一種黃綠色易溶于水的氣體,常用作飲用水消毒。實驗室通過如下過程制備二氧化氯。下列說法正確的是
A.電解時發(fā)生反應的離子方程式為:NH4++3Cl-2H2↑+NCl3
B.溶液X中大量存在的陰離子有Cl-、OH-
C.可用飽和食鹽水除去ClO2中的NH3
D.可用明礬除去飲用水中殘留的NaClO2
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【題目】在下列組成活細胞的基本元素中,含量關(guān)系由多到少的順序正確的是( )
A. C﹥H﹥O﹥N B. C﹥O﹥H﹥N C. O﹥C﹥N﹥H D. O﹥C﹥H﹥N
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【題目】截止到2013年12月末,中國光伏發(fā)電新增裝機容量達到10.66GW,光伏發(fā)電累計裝機容量達到17.16GW,圖為光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖(電解池中隔膜僅阻止氣體通過,陰、陽極均為惰性電極)。下列敘述中正確的是
A.N型半導體為正極,P型半導體為負極
B.制氫裝置溶液中電子流向:從B極流向A極
C.X2為氧氣
D.工作時,A極的電極反應式為CO(NH2)2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O
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【題目】甲乙丙丁戊是中學常見的無機物,他們的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示(某些條件和部分產(chǎn)物已略去)。下列說法錯誤的是
A. 若戊為一種強堿且焰色反應為黃色,則反應①②可能都屬于氧化還原反應
B. 常溫下,若丙為無色氣體,戊為紅棕色氣體,則甲、乙可能是銅和稀硝酸
C. 若甲為硫磺燃燒產(chǎn)物,丁為水,則戊不可用于干燥甲
D. 若甲為濃鹽酸,乙為MnO2,則戊可能使品紅褪色
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【題目】取100mL的Na2CO3和Na2SO4混合溶液,加入適量Ba(OH)2溶液100mL后,恰好完全反應,過濾、干燥后得到22.03g白色沉淀,再用足量的稀硝酸處理沉淀,最后減少到2.33g,并有氣體放出。計算(除第一問外均要寫出計算過程,沒有過程不得分)
(1)寫出生成2.33g沉淀的離子方程式。
(2)原混合液中Na2SO4的物質(zhì)的量濃度 。
(3)產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積 。
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