【題目】催化還原CO2是解決溫室效應及能源問題的重要手段之一,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=﹣53.7kJmol﹣1 Ⅰ
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2 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;轉化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的標準燃燒熱分別為﹣283.0kJmol﹣1和﹣285.8kJmol﹣1 .
②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJmol﹣1
請回答(不考慮溫度對△H的影響):
(1)反應I的平衡常數(shù)表達式K=;反應Ⅱ的△H2=kJmol﹣1 .
(2)有利于提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有 .
A.使用催化劑Cat.1
B.使用催化劑Cat.2
C.降低反應溫度
D.投料比不變,增加反應物的濃度
E.增大 CO2和H2的初始投料比
(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明,在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉化成CH3OH的選擇性有顯著的影響,其原因是 .
(4)在如圖中分別畫出反應I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應過程﹣能量”示意圖.
(5)研究證實,CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,則生成甲醇的反應發(fā)生在極,該電極反應式是 .
【答案】
(1);+41.2
(2)C,D
(3)表中數(shù)據(jù)表明此時未達到平衡,不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同,因而再該時刻下對甲醇選擇性有影響
(4)
(5)陰;CO2+6H++6e﹣=CH3OH+H2O
【解析】(1)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值. 已知:CO和H2的標準燃燒熱分別為﹣283.0kJmol﹣1和﹣285.8kJmol﹣1 , ②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJmol﹣1 , 可知熱化學方程式a.CO(g)+ O2(g)=CO2(g)△H=﹣283.0kJmol﹣1 , b.H2(g)+ O2(g)=H2O(1)△H=﹣285.8kJmol﹣1 , c.H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJmol﹣1 ,
由蓋斯定律將b﹣a+c可得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2 =(﹣285.8+283.0+44)kJmol﹣1=+41.2kJmol﹣1 ,
所以答案是: ;+41.2;
(2)A.使用催化劑Cat.1,平衡不移動,不能提高轉化率,故A錯誤;
B、使用催化劑Cat.2,不能提高轉化率,故B錯誤;
C、降低反應溫度,平衡正向移動,可增大轉化率,故C正確;
D、投料比不變,增加反應物的濃度,衡正向移動,可增大轉化率,故D正確;
E、增大 CO2和H2的初始投料比,可增大氫氣的轉化率,二氧化碳的轉化率減小,故E錯誤.
所以答案是:CD;
(3)從表中數(shù)據(jù)分析,在相同溫度下,不同的催化劑二氧化碳的轉化率不同,說明不同的催化劑的催化能力不同,相同的催化劑不同的溫度,二氧化碳的轉化率不同,且溫度高的轉化率大,因為正反應為放熱反應,說明表中數(shù)據(jù)是未達到平衡數(shù)據(jù).
所以答案是:表中數(shù)據(jù)表明此時未達到平衡,不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同,因而再該時刻下對甲醇選擇性有影響;
(4)從表中數(shù)據(jù)分析,在催化劑Cat.2的作用下,甲醇的選擇性更大,說明催化劑Cat.2對反應Ⅰ催化效果更好,催化劑能降低反應的活化能,說明使用催化劑Cat.2的反應過程中活化能更低,所以答案是: ;
(5)CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,C元素化合價降低,被還原,應為電解池的陰極反應,
所以答案是:陰;CO2+6H++6e﹣=CH3OH+H2O.
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關知識,掌握化學平衡狀態(tài)的特征:“等”即 V正=V逆>0;“動”即是動態(tài)平衡,平衡時反應仍在進行;“定”即反應混合物中各組分百分含量不變;“變”即條件改變,平衡被打破,并在新的條件下建立新的化學平衡;與途徑無關,外界條件不變,可逆反應無論是從正反應開始,還是從逆反應開始,都可建立同一平衡狀態(tài)(等效),以及對化學平衡的計算的理解,了解反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%;產(chǎn)品的產(chǎn)率=實際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%.
科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】某高分子化合物R的結構簡式如圖,下列有關R的說法正確的是
A. R的單體之一的分子式為C9H10O2
B. R完全水解后生成物均為小分子有機物
C. 堿性條件下,1molR完全水解消耗NaOH的物質(zhì)的量為2mol
D. 通過加聚反應和縮聚反應可以生成R
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【題目】運用所學知識回答下列問題.
(1)0.5molCH4中含有個甲烷分子(阿伏加德羅常數(shù)用NA表示),在標準狀況下的體積為 L.0.1molH2SO4中含 molH原子,溶于水配成100mL水溶液后c(H+)= .
(2)在反應3Zn+2Fe3+═3Zn2++2Fe中,F(xiàn)e3+是(填“氧化”或“還原”)劑,1molZn完全反應轉移的電子數(shù)為 mol.
(3)選擇下列實驗方法分離物質(zhì),將分離方法的序號填在橫線上(單選).
A.萃取分液 B.升華 C.結晶 D.分液 E.蒸餾 F.過濾
①分離粗鹽中混有的泥沙 . ②分離碘和水的混合物 .
③分離水和汽油的混合物 . ④分離酒精和水的混合物 .
(4)有下列三組物質(zhì)①CaO、SO3、SO2、P2O5 ②HNO3、H2SO4、HCl、NaCl③KClO3、KCl、KMnO4、HgO各組中均有一種物質(zhì)所屬類別與其他物質(zhì)不同,這三種物質(zhì)分別是:①;②;③ .
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液是高中化學一個重要實驗.實驗室要配制1mol/L的稀硫酸溶液100mL,回答下列有關問題:
(1)配制時,必須用到下列儀器中的 .
(2)配制時兩次用到玻璃棒,兩次的作用分別是和 .
(3)配制時,正確的操作順序是(用字母表示,每個字母只能用一次);A.用30mL水洗滌燒杯2~3次,洗滌液均注入容量瓶
B.用一定規(guī)格的量筒準確量取所需濃硫酸的體積,緩緩注入水中,用玻璃棒慢慢攪動,使其充分溶解
C.將已冷卻的溶液沿玻璃棒注入100mL的容量瓶中
D.將容量瓶蓋緊,搖勻
E.改用膠頭滴管加水,使溶液凹面恰好與刻度相切
F.繼續(xù)往容量瓶內(nèi)小心加水,直到液面接近刻度1~2cm處
(4)配制過程中出現(xiàn)以下情況,使所配溶液濃度偏低的有(填代號).①沒有洗滌燒杯和玻璃棒.②如果加水超過了刻度線,取出水使液面恰好到刻度線.③容量瓶沒有干燥.④定容時仰視刻度線.
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【題目】化合物X是一種有機合成中間體,Z是常見的高分子化合物,某研究小組采用如下路線合成X和Z:
已知:①化合物A的結構中有2個甲基
②RCOOR′+R″CH2COOR′
請回答:
(1)寫出化合物E的結構簡式 , F中官能團的名稱是;
(2)Y→Z的化學方程式是;
(3)G→X的化學方程式是 , 反應類型是;
(4)若C中混有B,請用化學方法檢驗B的存在(要求寫出操作、現(xiàn)象和結論) .
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【題目】下面有關Na2CO3與NaHCO3的敘述錯誤的是( )
A.Na2CO3遇少量酸可轉化為NaHCO3
B.在水中的溶解度Na2CO3比NaHCO3大
C.NaHCO3能與Ca(OH)2溶液反應,而Na2CO3不能
D.與同濃度的鹽酸反應時,NaHCO3比Na2CO3劇烈
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】有甲、乙兩位同學均想利用原電池反應檢測金屬的活動性順序,兩人均使用鎂片與鋁片作電極,但甲同學將電極放入6molL﹣1 H2SO4溶液中,乙同學將電極放入6molL﹣1的NaOH溶液中,如圖所示.
請回答:
(1)寫出甲池中正極的電極反應式: .
(2)寫出乙池中負極的電極反應式和總反應的離子方程式:負極 , 總反應的離子方程式為 .
(3)由此實驗,可得到如下哪些正確結論?(填寫字母序號).a(chǎn).利用原電池反應判斷金屬活動性順序時應注意選擇合適的介質(zhì)
b.鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強
c.該實驗說明金屬活動性順序已過時,已沒有實用價值
d.該實驗說明化學研究對象復雜,反應受條件影響較大,因此應具體問題具體分析
(4)上述實驗也反過來證明了“直接利用金屬活動性順序判斷原電池中的正負極”,這種做法(填“可靠”或“不可靠”).
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】黃銅礦(CuFeS2)是煉鋼和煉銅的主要原料,在高溫下灼燒生成三氧化二鐵和氧化亞銅.三氧化二鐵和氧化亞銅都是紅色粉末,常用作顏料.某學;瘜W興趣小組通過實驗來探究﹣紅色粉末是Fe2O3、Cu2O或兩者的混合物,探究過程如下:[查閱資料]Cu2O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4 , 在空氣中加熱生成CuO.
[提出假設]假設1:紅色粉末是Fe2O3 .
假設2:紅色粉末是Cu2O.
假設3:紅色粉末是Fe2O3和Cu2O的混合物.
[提出探究實驗]取少量粉末放入足量稀硫酸中,在所得溶液中再滴加KSCN試劑.
(1)若假設1成立,則實驗現(xiàn)象是 .
(2)滴加KSCN試劑后溶液不變紅色,某同學認為原固體粉末中一定不含三氧化二鐵,你認為這種說法合理嗎? . 簡述你的理由(不需要寫出反應的化學方程式) .
(3)若固體粉末完全溶液無固體存在,滴加KSCN試劑時溶液不變紅色,則證明原固體粉末是 , 寫出發(fā)生的氧化還原反應的離子方程式: .
(4)[探究延伸]經(jīng)試驗分析,確定紅色粉末為Fe2O3和Cu2O的混合物.實驗小組稱取3.04g該紅色粉末,設計如下實驗方案進行實驗.經(jīng)查資料得知,在溶液中通過調(diào)節(jié)溶液的酸堿性而使Cu2+、Fe2+、Fe3+分別生成沉淀的pH如下:
物質(zhì) | Cu(OH)2 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 |
開始沉淀時的pH | 6.0 | 7.5 | 1.4 |
沉淀完全時的pH | 13 | 14 | 3.7 |
步驟Ⅰ:將3.04g紅色粉末溶于足量稀硫酸中,再加入足量H2O2溶液,振蕩,得澄清透明溶液X.
步驟Ⅱ:在溶液X中加入適量Cu(OH)2粉末,調(diào)節(jié)溶液pH=4.0,過濾,得紅褐色沉淀Y和濾液Z.
步驟Ⅲ:將沉淀Y充分灼燒,得1.6g紅色固體M.
步驟Ⅳ:將濾液Z蒸發(fā)濃縮,冷卻結晶,過濾,得6.0gCuSO45H2O晶體.
①沉淀Y的化學式為 .
②步驟Ⅳ中不需要用到的實驗儀器 .
a.燒杯b.玻璃棒c.分液漏斗d.酒精燈e.鐵架臺(帶鐵圈)f.托盤天平g.量筒h.蒸發(fā)皿i.容量瓶.
③紅色粉末樣品中Cu2O的質(zhì)量分數(shù)為 .
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