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研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態文明社會具有重要的意義.

(1)CO可用于煉鐵,已知:Fe2O3(s)+3C(s)═2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ?mol-1,C(s)+CO2(g)═2CO(g)△H2=+172.5kJ?mol-1則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為
 

(2)分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設計成燃料電池(以KOH溶液為電解液).寫出該電池的負極反應式:
 

(3)CO2和H2充入一定體積的密閉容器中,在兩種溫度下發生反應:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
測得CH3OH的物質的量隨時間的變化見圖1.
①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K
 
K(填“>”或“=”或“<”).
②一定溫度下,在容積相同且固定的兩個密閉容器中,按如下方式加入反應物,一段時間后達到平衡.
容  器
反應物投入量1mol CO2、3mol H2a mol CO2、b mol H2
c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)
若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等,且起始時維持化學反應向逆反應方向進行,則c的取值范圍為
 

(4)利用光能和光催化劑,可將CO2和H2O(g)轉化為CH4和O2.紫外光照射時,在不同催化劑(I、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4產量隨光照時間的變化見圖2.在0~15小時內,CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序為
 
(填序號).
(5)以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸.在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見圖3.
①乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是
 

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸,寫出有關的離子方程式:
 
考點:熱化學方程式,離子方程式的書寫,化學電源新型電池,化學平衡常數的含義,等效平衡
專題:基本概念與基本理論
分析:(1)根據蓋斯定律,由已知熱化學方乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式,反應熱也乘以相應的系數并進行相應的加減,據此計算;
(2)CO燃料電池中,負極上是CO發生失電子的氧化反應,正極上是氧氣發生得電子的還原反應,又因為電解質是KOH溶液,不會在電極上放出二氧化碳.
(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質的量少,根據K=
c(CH3OH).c(H2O)
c(CO).c3(H2)
判斷;
②根據平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質的量,然后根據平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等,且起始時維持反應逆向進行來判斷范圍.
(4)相同時間甲烷的物質的量的變化量越大,表明平均速率越大,相同時間甲烷的物質的量的變化量越小,平均反應速率越小.由圖2可知反應開始后的15小時內,在第Ⅱ種催化劑的作用下,收集的CH4最多,Ⅲ次之,Ⅰ最少.
(5)①根據溫度對催化劑活性的影響可知在300℃時失去活性,故得出乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍;
②先將Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O?Al2O3,再根據氧化物與酸反應生成離子方程式,需要注意的是一價銅具有還原性;
解答: 解:(1)Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol ①
            C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol  ②
由①-②×3,得到熱化學方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol,
故答案為:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol,
(2)烷燃料電池以KOH溶液為電解質溶液時,負極上是CO發生失電子的氧化反應,又因為電解質是KOH溶液,二氧化碳和氫氧化鉀反應得到的是碳酸鉀,即CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O,故答案為:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O.
(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質的量少,則一氧化碳和氫氣的物質的量越多,根據K=
c(CH3OH)
c(CO).c3(H2)
知,平衡常數越小,故K>K,故答案為:>
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
初始:1        3         0          0
平衡:1-x     3-3x       x          x
甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍,即(4-2x)÷4=0.8  
   解得x=0.4mol
依題意:甲、乙為等同平衡,且起始時維持反應逆向進行,所以全部由生成物投料,c的物質的量為1mol,c 的物質的量不能低于平衡時的物質的量0.4mol,所以c的物質的量為:0.4<n(c)≤1mol,故答案為:0.4<n(c)≤1mol.
(4)由圖2可知,在0~15h內,甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅰ)<△n(Ⅲ)<△n(Ⅱ),故在0~15h內,CH4的平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ);故答案為:II>III>I;
(5)①溫度超過250℃時,催化劑的催化效率降低,在300℃時失去活性,故以后乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的,故乙酸主要取決于溫度影響的范圍為300℃~400℃,故答案為:300℃~400℃
②Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O?Al2O3,與酸反應生成離子方程式:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O,
故答案為:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O;
點評:本題主要考查了化學反應常數、化學平衡以及原電池原理的運用,難度不大,根據所學知識即可完成.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:

可逆反應:2HI(g)?H2(g)+I2(g);△H>0.在密閉容器中進行,當達到平衡時欲使混合氣體的顏色加深,應采取的措施(  )
A、增大容器體積
B、降低溫度
C、加入催化劑
D、充入I2氣體

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科目:高中化學 來源: 題型:

下列物質屬于等電子體一組的是(  )
A、CH4和NH4+
B、N2O4和C2H4
C、CO2和NO2
D、H2O和CH4

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科目:高中化學 來源: 題型:

按要求寫出下列方程式:
(1)實驗室制取氨氣
 

(2)雷雨天產生酸雨的最后一個方程式
 

(3)氯化銨受熱分解
 

(4)氨氣的催化氧化反應
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

按照圖1所示裝置進行有關實驗,打開分液漏斗玻璃塞,將A逐滴加入B中.

(1)①若A是濃鹽酸,B為二氧化錳,當將A滴入B中時發生反應的離子方程式為
 
,當實驗一段時間后,發現C、D中有紅棕色煙,則C的化學式為
 

②實驗室常用MnO2與濃鹽酸共熱制取Cl2,也可用KClO3,KMnO4,K2Cr2O7代替MnO2與濃鹽酸反應制Cl2.若制取等量的Cl2需濃鹽酸最少的是
 

A.MnO2和濃鹽酸反應     B.KClO3和濃鹽酸反應
C.KMnO4和濃鹽酸反應    D.K2Cr2O7和濃鹽酸反應
③在實驗室中,要獲得干燥純凈的氯氣,可以將它通過圖2的裝置,其中瓶I中盛放的是
 

(2)若A是乙醇,B是生石灰,實驗中觀察到C中黑色固體逐漸變紅.當C中黑色固體大部分變紅時,關閉F,然后往燒杯中加入熱水,靜止一會,觀察到Ⅲ中試管壁出現了光亮的銀鏡.則 試管E中所發生反應的化學方程式
 

(3)①若A是能發生銀鏡反應且只含一個碳的一種液態有機物,B為濃硫酸,E為苯酚鈉溶液,C與(2)相同.實驗中同樣能觀察到C中黑色固體逐漸變紅,同時可觀察到試管E中溶液變渾濁,則A是(寫名稱)
 
.此實驗中濃硫酸的作用是
 

②寫出乙醇和A在濃硫酸存在并加熱時所發生的反應方程式:
 
,此反應屬于
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

甲醛是一種重要的化工產品,可利用甲醇催化脫氫制備.甲醛與氣態甲醇轉化的能量關系如圖所示.
(1)甲醇催化脫氫轉化為甲醛的反應是
 
(填“吸熱”和“放熱”)反應.
(2)過程Ⅰ與過程Ⅱ的反應熱是否相同?
 
,原因是
 

(3)寫出甲醇催化脫氫轉化為甲醛的熱化學方程
 

(4)甲醇催化脫氫轉化為甲醛的過程中,如果要使反應溫度維持在700℃,需向體系中通入空氣,則進料甲醇與空氣的物質的量理論比值為
 
[假設:H2(g)+
1
2
O2(g)
 點燃 
.
 
H2O(g)△H=-a kJ/mol,空氣中氧氣體積分數為0.2].

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科目:高中化學 來源: 題型:

麻黃素又稱黃堿,是我國特定的中藥材麻黃中所含有的一種生物堿.經我國科學家研究發現其結構如:
(1)麻黃素中含氧官能團的名稱是
 
,可以看成
 
類(填“醇”或“酚”).
(2)下列各物質與麻黃素互為同分異構體的是
 
(填字母,下同),互為同系物的是
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

實驗室制取氯氣的反應是:MnO2(固)+4HCl(濃)
  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O如圖是馬虎同學設計的在實驗室中制取氯氣的實驗裝置圖.

(1)在圖中改正裝置中的錯誤(三處).
 
 
 

(2)盛水的洗氣瓶的作用是
 
;盛NaOH溶液的燒杯的作用是
 
,反應的離子方程式是
 

(3)設計一個最簡單的實驗:證明Cl2沒有漂白性,HClO具有漂白性.
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

①?按系統命名法,化合物  的名稱為
 

②?名稱
 

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同步練習冊答案
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