利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2.紫外光照射時(shí),在不同催化劑(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)作用下,CH4的產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖1所示.精英家教網(wǎng)
(1)在O?30小時(shí)內(nèi),CH4的平均生成速率v(Ⅰ)、v(Ⅱ)和v(Ⅲ)由大到小的順序?yàn)?!--BA-->
 
;反應(yīng)開始后的15小時(shí)內(nèi),在第
 
種催化劑的作用下,收集的CH4最多.
(2)將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器,發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H=+206kJ.mol-1.將等物質(zhì)的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密閉容器,某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡,此時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為O.10mol,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為91%,則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為
 
 (計(jì)算結(jié)果取整數(shù)).
(3)該反應(yīng)產(chǎn)生的CO和H2可用來合成可再生能源甲醇,已知CO(g)、CH3OH(l)的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1,則CH3OH(l)不完全燃燒生成CO(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式為
 

(4)工業(yè)上常利用反應(yīng)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),△H<0合成甲醇,在230℃?270℃最為有利.為研究合成氣最合適的起始組成比n(H2):n(CO),分別在230℃、250℃和270℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖2.
①270℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是
 
 (填字母);
②230℃時(shí),工業(yè)生產(chǎn)適宜釆用的合成氣組成n(H2):n(CO)的比值范圍是
 
 (填字母).
A.1?1.5   B.2.5?3  C.3.5?4.5
(5)某同學(xué)以石墨為電極,以KOH溶液為電解質(zhì)設(shè)計(jì)甲醇燃料電池,其負(fù)極的電極反應(yīng)式為
 
分析:(1)相同時(shí)間甲烷的物質(zhì)的量的變化量越大,表明平均速率越大,相同時(shí)間甲烷的物質(zhì)的量的變化量越小,平均反應(yīng)速率越。蓤D2可知反應(yīng)開始后的15小時(shí)內(nèi),在第Ⅱ種催化劑的作用下,收集的CH4最多;
(2)依據(jù)化學(xué)平衡的三段式計(jì)算列式計(jì)算,根據(jù)轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)的概念計(jì)算;
(3)根據(jù)CO和CH3OH的燃燒熱先書寫熱方程式,再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式;
(4)依據(jù)反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度越高,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越。籆O為有毒氣體反應(yīng)時(shí)盡可能完全轉(zhuǎn)化;
(5)在燃料電池中,負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),甲醇在負(fù)極失去電子生成碳酸根離子.
解答:解:(1)由圖2可知,在0~30h內(nèi),甲烷的物質(zhì)的量變化量為△n(Ⅰ)>△n(Ⅱ)>△n(Ⅲ),故在0~30h內(nèi),CH4的平均生成速率v(Ⅲ)<v(Ⅱ)<v(Ⅰ);
由圖2可知反應(yīng)開始后的15小時(shí)內(nèi),在第Ⅱ種催化劑的作用下,收集的CH4最多,
故答案為:v(Ⅰ)>v(Ⅱ)>v(Ⅲ);Ⅱ;
(2)解:依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算,設(shè)CH4與H2O(g)物質(zhì)的量為a,
                CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)
起始量(mol)    a      a         0      0
變化量(mol)   0.10   0.10      0.10    0.30
平衡量(mol)   a-0.10  a-0.10   0.10     0.30
CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為91%,則x=
0.1
a
×100%=91%,所以a=0.11;
所以平衡時(shí)c( CH4)=0.01mol/L,c( H2O)=0.01mol/L,c( CO)=0.1mol/L,c( H2)=0.3mol/L,
則平衡常數(shù):K=
C(CO)C3(H2)
C(CH4)C(H2O)
=
0.10mol/L×(0.30mol/L)3
0.01mol/L×00.1mol/L
=27(mol?L-12,
故答案為:27 (mol?L-12;
(3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1,則
①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ?mol-1 
②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ?mol-1 
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol-1-(-283.0kJ?mol-1)=-443.5kJ?mol-1,
故答案為:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ?mol-1;
(4)工業(yè)上用反應(yīng)④低壓合成甲醇,在230℃~270℃最為有利.為研究合成氣最合適的起始組成比,分別在230℃、250℃和270℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖.合成甲醇是放熱反應(yīng),溫度越低轉(zhuǎn)化率越大,結(jié)合圖象可知,270℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是 Z;230℃時(shí),工業(yè)生產(chǎn)釆用的合成氣組成n(H2):n(CO)的比值為2.5?3時(shí),CO轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,故選B.
故答案為:Z;B;
(5)在甲醇燃料電池中,負(fù)極上是燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng),在堿性環(huán)境下,電極反應(yīng)為:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,
故答案為:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O.
點(diǎn)評(píng):本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算,熱化學(xué)方程式的書寫,蓋斯定律的應(yīng)用,化學(xué)平衡的進(jìn)行方向,電極方程式的書寫,題目難度較大.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

(2012?江蘇三模)合理地固定和利用CO2能有效減少空氣中的溫室氣體,產(chǎn)物還能造福人類.
(1)11km深海底的無脊椎動(dòng)物依靠化學(xué)自養(yǎng)菌,以海底熱泉噴出液中的H2S和CO2合成(C6H10O5n和一種淡黃色固體,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
12nH2S+6nCO2=C6H10O5n+12nS↓+7nH2O
12nH2S+6nCO2=C6H10O5n+12nS↓+7nH2O

(2)CO2可用于合成二甲醚(CH3OCH3),有關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ?mol-1
2CH3OH(g)?H3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ?mol-1
①反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)的△H=
-121.5kJ/mol
-121.5kJ/mol

②一定條件下用CO2和H2合成二甲醚,反應(yīng)物氣流量對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率、二甲醚選擇性的影響結(jié)果如下圖所示.控制氣流量為28mL?min-1,生產(chǎn)0.3mol二甲醚需通入CO2的物質(zhì)的量為
20mol
20mol


③反應(yīng)2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)在T℃時(shí)的平衡常數(shù)為400.該溫度下,在密閉容器中加入CH3OH,t時(shí)刻時(shí),測(cè)得c(CH3OH)=0.03mol?L -1,c(CH3OCH3)=0.6mol?L -1,此時(shí)v
=
=
v(填“>”、“<”或“等于”)
④二甲醚燃料電池的工作原理如圖1所示.該電池工作時(shí),a電極的反應(yīng)式為
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+

(3)一種“碳捕捉”技術(shù)為:將含CO2的工業(yè)尾氣通過NaOH溶液,在所得溶液中加CaO,充分反應(yīng)后過濾,濾渣高溫分解得到的高濃度CO2可用于制備甲醇等.該技術(shù)電可以循環(huán)使用的物質(zhì)為
氧化鈣和氫氧化鈉
氧化鈣和氫氧化鈉

(4)利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2.紫外光照射時(shí),等量的CO2和H2O(g)在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖2所示.在0~30小時(shí)內(nèi),CH4的半均生成速率v(Ⅰ)、v(Ⅱ)、和v(Ⅲ)、從大到小的順序?yàn)?!--BA-->
v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ)
v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(1)固定和利用CO2能有效地利用資源,并減少空氣中的溫室氣體.工業(yè)上有一種用CO2來生產(chǎn)甲醇燃料的方法:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ?mol-1.某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6molCO2和8molH2充入2L密閉容器中,測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖1所示(實(shí)線).圖中數(shù)據(jù)a(1,6)代表的意思是:在l min時(shí)H2的物質(zhì)的量是6mol.
①下列時(shí)間段平均反應(yīng)速率最大的是
A
A
,最小的是
D
D

A.0~1min    B.1~3min    C.3~8min    D.8~11min

②僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示,曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改變的條件是
升高溫度
升高溫度
,曲線Ⅱ?qū)?yīng)的實(shí)驗(yàn)改變的條件是
增大壓強(qiáng)或者是增大CO2濃度
增大壓強(qiáng)或者是增大CO2濃度

(2)利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2.紫外光照射時(shí),等量的CO2和H2O(g)在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖2所示.在0~30h內(nèi),CH4的平均生成速率v(Ⅰ)、v(Ⅱ)和v(Ⅲ)從大到小的順序?yàn)?!--BA-->
v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ)
v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ)
.反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi),在第
種催化劑的作用下,收集的CH4最多.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(2011?廣東)利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2.紫外光照射時(shí),在不同催化劑(I,II,III)作用下,CH4產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖所示.
(1)在0-30小時(shí)內(nèi),CH4的平均生成速率VⅠ、VⅡ和VⅢ從大到小的順序?yàn)?!--BA-->
VⅢ>VⅡ>VⅠ
VⅢ>VⅡ>VⅠ

反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi),在第
種催化劑的作用下,收集的CH4最多.
(2)將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器,發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),該反應(yīng)的△H=+206kJ?mol-1
①在答題卡的坐標(biāo)圖中,畫出反應(yīng)過程中體系的能量變化圖(進(jìn)行必要的標(biāo)注)
②將等物質(zhì)的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密閉容器,某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡,平衡常數(shù)K=27,此時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為0.10mol,求CH4的平衡轉(zhuǎn)化率(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(3)已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ?mol-1
寫出由CO2生成CO的熱化學(xué)方程式
CO2(g)+3H2O(g)═2O2(g)+CO(g)+3H2(g)△H=+1008 kJ?mol-1
CO2(g)+3H2O(g)═2O2(g)+CO(g)+3H2(g)△H=+1008 kJ?mol-1

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2。紫外光照射時(shí),在不同催化劑(I,II,III)作用下,CH4產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖13所示。                

(1)在0-30小時(shí)內(nèi),CH4的平均生成速率VⅠ、VⅡ和VⅢ從大到小的順序?yàn)?u>          ;

反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi),在第      種催化劑的作用下,收集的CH4最多。

(2)將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器,發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),該反應(yīng)的△H=+206 kJ•mol-1

將等物質(zhì)的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密閉容器,某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡,平衡常數(shù)K=27,此時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為0.10mol,求CH4的平衡轉(zhuǎn)化率(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(3)已知:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)  △H=-802kJ•mol-1

 寫出由CO2生成CO的熱化學(xué)方程式                                          

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