【題目】工業(yè)上可以利用廢氣中的CO2為原料制取甲醇,反應(yīng)方程式為CO2+3H2CH3OH + H2O,請回答下列問題:
(1)已知常溫常壓下下列反應(yīng)的能量變化如下圖所示:
寫出二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式_______________________________。
(2)如果只改變一個條件使上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K值變大,則該反應(yīng)_____________。
A.一定向正反應(yīng)方向移動 B.在平衡移動時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小
C.一定向逆反應(yīng)方向移動 D.在平衡移動時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大
(3)其他條件相同,該甲醇合成反應(yīng)在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反應(yīng)相同的時(shí)間后,CO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖所示:
①在相同條件下,三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是____________。
②c點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn),原因是_________________________________。
(4)常溫常壓下若反應(yīng)的容器容積為2.0L,反應(yīng)時(shí)間為4.0 min,容器里氣體密度減少了2.0 g·,在這段時(shí)間內(nèi)CO2平均反應(yīng)速率為_____________。反應(yīng)在t1時(shí)達(dá)到平衡,在這過程中c(CO2)隨時(shí)間t變化的曲線如下圖所示。保持其他條件不變,t1時(shí)將容器體積壓縮到1 L,請?jiān)谙聢D中畫出t1后c(CO2)隨時(shí)間t變化的趨勢曲線(假設(shè)在t2時(shí)達(dá)到平衡)_________。
【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50 kJ·mol-1 AD Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ b、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài),c點(diǎn)溫度高,反應(yīng)速率較快,故CO2的轉(zhuǎn)化率較大 0.01 mol·L-1·min-1
【解析】
(1)根據(jù)圖1中能量變化寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式,然后根據(jù)蓋斯定律寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式;
(2)平衡常數(shù)只受溫度的影響,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),平衡常數(shù)增大,則平衡向著正向移動,說明降低了溫度,據(jù)此進(jìn)行解答;
(3)根據(jù)圖像判斷在相同溫度下,三種不同的催化劑,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系;b、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài),且c點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn),因此對應(yīng)的是條件是溫度高,反應(yīng)速率較快;
(4)根據(jù)容器內(nèi)氣體的密度減小量,可以求出氣體的質(zhì)量減小的質(zhì)量,根據(jù)質(zhì)量差量法進(jìn)行計(jì)算;氣體體積減小一半,二氧化碳的濃度增大一倍,c(CO2) =0.05mol/L,但該過程相當(dāng)于增大壓強(qiáng),CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) 平衡向右移動,所以0.025mol/L <c(CO2) <0.05mol/L,據(jù)此規(guī)律畫圖。
(1)圖1中的熱化學(xué)方程式為①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol,②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol,根據(jù)蓋斯定律②-①得:二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;因此,本題正確答案是:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol。
(2)如果反應(yīng)方程式CO2+3H2CH3OH+H2O的平衡常數(shù)K值變大,則需要降低溫度,
A.降低溫度,平衡一定向著正向移動,故A正確;
B.降低溫度后,正逆反應(yīng)速率都減小,正反應(yīng)速率在達(dá)到平衡前始終在減小,故B錯誤;
C.平衡常數(shù)變大,反應(yīng)物濃度減小,生成物濃度增大,則化學(xué)平衡一定向著正向移動,故C錯誤;
D.化學(xué)平衡常數(shù)變大,需要降低溫度,則正逆反應(yīng)速率都減小,因?yàn)槠胶庀蛑蛞苿,則逆反應(yīng)速率先減小后增大,故D正確;
因此,本題正確答案是:AD;
(3)①由圖可知:在相同溫度下,三種不同的催化劑,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ,所以在相同條件下,三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ;綜上所述,本題答案是:Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ。
②c點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn),是因?yàn)閎、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài),c點(diǎn)溫度高,反應(yīng)速率較快;綜上所述,本題答案是:b、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài),c點(diǎn)溫度高,反應(yīng)速率較快,故CO2的轉(zhuǎn)化率較大。
(4)反應(yīng)的容器容積為2.0L,容器內(nèi)氣體的密度減小了2.0g/L,則氣體的質(zhì)量減小了2.0g/L×2.0L=4.0g,
CO2 +3H2 CH3OH +H2O
1mol m 50g
nmol 4g
所以二氧化碳減少的物質(zhì)的量為:n(CO2)=0.08mol,因此V(CO2)=Δc(CO2)÷Δt= (0.08mol÷2L)÷4min=0.01mol/(L·min)。由圖像可知:反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)中起始時(shí)c(CO2)=0.10mol/L,平衡是c(CO2)=0.025mol/L,保持其他條件不變,t1時(shí)將容器體積壓縮到1L,二氧化碳的濃度為c(CO2)=0.05mol/L,之后平衡向著正向移動,二氧化碳的濃度減小,直到t2時(shí)刻達(dá)到平衡,t2時(shí)刻二氧化碳的濃度一定大于0.025 mol/L,則t1時(shí)刻之后圖像如圖:;
綜上所述,本題答案是:0.01 mol·L-1·min-1 ;。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列變化中,一定不存在化學(xué)能與熱能相互轉(zhuǎn)化的是( )。
A. 鋁熱反應(yīng)B. 白磷自燃C. 干冰氣化D. 燃放爆竹
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】I.25℃時(shí),若體積為Va、pH=a的某一元強(qiáng)酸溶液與體積為Vb、pH=b的某一元強(qiáng)堿溶液混合,恰好中和。請回答:
①若a+b=12,則Va:Vb=________;
②若Va<Vb和a=0.5b,則a的取值范圍是_________________。
II.電子工業(yè)中,可用FeCl3溶液作為印刷電路銅板蝕刻液。某探究小組設(shè)計(jì)如下線路處理廢液和資源回收:
請回答:
(1)用足量的FeCl3溶液蝕刻銅板后的廢液中含有的金屬陽離子是_____________。
(2)步驟①中加入H2O2溶液的目的是________________________________________。
(3)已知:生成氫氧化物沉淀的pH
Cu(OH) 2 | Fe(OH) 2 | Fe(OH) 3 | |
開始沉淀時(shí) | 4.7 | 7.0 | 1.9 |
沉淀完全時(shí) | 6.7 | 9.0 | 3.2 |
根據(jù)表中數(shù)據(jù)推測調(diào)節(jié)pH的范圍是_____________。
(4)若要除去酸性MgCl2溶液中的FeCl3,則可以加入的試劑是_____________。(填字母)
A.NaOH B.Mg(OH)2 C.MgCO3 D. NH3H2O
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】把一塊鎂鋁合金投入到1mol/L鹽酸里,待合金完全溶解后,往溶液里加入1mol/L NaOH溶液,生成沉淀的物質(zhì)的量隨加入NaOH溶液體積變化的關(guān)系如圖A所示。下列說法中不正確的是( )
A.a的取值范圍為0≤a<50
B.的最大值為2.5
C.若將關(guān)系圖改為B圖時(shí),則a的取值范圍為80<a<90
D.若將關(guān)系圖改為C圖時(shí),則a的取值范圍為75<a<90
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某工廠的電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物。為實(shí)現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染,設(shè)計(jì)如下工藝流程:
(1)酸浸后加入H2O2的目的是______,調(diào)pH的最適宜范圍為______。
(2)調(diào)pH過程中加入的試劑最好是_________。
A.NaOH B.CuO C.NH3·H2O D.Cu2(OH)2CO3
(3)煮沸CuSO4溶液的原因是______。向CuSO4溶液中加入一定量的NaCl、Na2SO3,可以生成白色的CuCl沉淀,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。
(4)稱取所制備的CuCl樣品0.2500g置于一定量的FeCl3溶液中,待樣品完全溶解后加水20 mL,用0.1000mol﹒L-1的Ce(SO4)2溶液滴定,到達(dá)終點(diǎn)時(shí)消耗Ce(SO4)2溶液25.00mL。有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為Fe3++CuCl=Fe2++Cu2++Cl-,Ce4++Fe2+=Fe3++Ce3+。計(jì)算該CuCl樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)_______________。
(5)在一定條件下用甲醇與CO反應(yīng)生成醋酸消除CO污染。常溫下,將a mol·L-1的醋酸與b mol·L-1 Ba(OH)2溶液等體積混合,充分反應(yīng)后,溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-),則該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)Ka=_________(用含a和b的代數(shù)式表示)。
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【題目】與100mL0.5mol/LNaCl溶液所含的Cl-物質(zhì)的量相同的溶液是
A.50 mL1mol/LNaCl溶液B.200mL0.25mol/L AlCl3溶液
C.100 mL0.5mol/LMgCl2溶液D.25mL0.5mol/LHCl溶液
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【題目】單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料,可由X通過如下圖所示的路線制備,其中X為Z的氧化物,Y為氫化物,分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似,回答下列問題:
(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是_________;由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為_________。
(2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)反應(yīng)方程式為_________,Y分子的電子式為_________。
(3)Z、X中共價(jià)鍵的類型分別是_________。
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【題目】某學(xué)習(xí)小組以廢催化劑(主要成分SiO2、ZnO、ZnS和CuS)為原料,制備鋅和銅的硫酸鹽晶體。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下:
下列說法不正確的是( 。
A. 步驟①中能溶于稀硫酸的是ZnO、ZnS
B. 步驟①、③中發(fā)生的反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)
C. 步驟③涉及的離子反應(yīng)可能為CuS+H2O2+2H+Cu2++S+2H2O
D. 步驟②和④,采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,過濾后均可獲取粗晶體
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【題目】硫酸錳是一種重要的化工中間體,是錳行業(yè)研究的熱點(diǎn)。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下:
已知:①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。
②金屬離子在水溶液中的平衡濃度與pH的關(guān)系如圖所示(25℃):
③此實(shí)驗(yàn)條件下Mn2+開始沉淀的pH為7.54;離子濃度≤10-5mol·L-1時(shí),離子沉淀完全。
請回答:
(1)傳統(tǒng)工藝處理高硫錳礦時(shí),不經(jīng)“混合焙燒”,而是直接用H2SO4浸出,其缺點(diǎn)為___________。
(2)“氧化”時(shí),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。若省略“氧化”步驟,造成的后果是_________________________________。
(3)“中和除雜”時(shí),生成沉淀的主要成分為______________________(填化學(xué)式)。
(4)“氟化除雜”時(shí),若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全,需維持c(F-)不低于___________。(已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10;Ksp(CaF2)=3.6×10-12)
(5)“碳化結(jié)晶”時(shí),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________。
(6)“系列操作”指___________、過濾、洗滌、干燥
(7)用惰性電極電解MnSO4溶液可制備MnO2,電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為___________。
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