18.研究CO2的利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要的意義.
(1)已知石墨的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為y kJ•mol-1,1.2g石墨在1.68L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氧氣中燃燒,至反應(yīng)物耗盡,放出x kJ熱量,則石墨與氧氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO(g)△H=-(20x-y)kJ•mol-1

(2)二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向,將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{C(CH{\;}_{3}OH)C(H{\;}_{2}O)}{C(CO{\;}_{2})C{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$.
②取五份等體積CO2和H2的混合氣體(物質(zhì)的量之比均為1:3),分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中,發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)相同時(shí)間后,測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示,則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H<(填“>”“<”或“=”)0.
③在兩種不同溫度下發(fā)生反應(yīng),測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖2所示,曲線I、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K>K(填“>”“<”或“=”).
④一定溫度下,在容積相同且固定的兩個(gè)密閉容器中,按如下方式投入反應(yīng)物,一段時(shí)間后達(dá)到平衡.
容  器
反應(yīng)物投入量1molCO2 3molH2a molCO2、b molH2、c molCH3OH(g)、c molH2O(g)
(a、b、c均不等于0)
若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等,且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行,則c的取值范圍為0.4<n(c)≤1mol.

分析 (1)1.2g石墨的物質(zhì)的量為n(C)=$\frac{1.2g}{12g/mol}$=0.1mol,1.68L氧氣的物質(zhì)的量為n(O2)=$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol,生成物為CO和CO2的混合物,設(shè)生成CO的物質(zhì)的量為nmol,由C元素守恒得CO2的物質(zhì)的量為(0.1-n)mol,根據(jù)關(guān)系式nC~n$\frac{1}{2}$O2~nCO,(0.1-n)O2~(0.1-n)CO2,則$\frac{1}{2}$n+(0.1-n)=0.075,n=0.05,所以反應(yīng)后生成0.05molCO,0.05molCO2,根據(jù)反應(yīng)放出的總熱量x kJ和1mol石墨完全燃燒放出y kJ(y>0)的熱量,可計(jì)算出生成0.05molCO放出的熱量,進(jìn)而求出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式.
(2)①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積,
②根據(jù)到達(dá)平衡后,溫度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行;
③根據(jù)先拐先平數(shù)值大原則,由圖1可知,溫度T<T,平衡時(shí),溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小,說(shuō)明升高溫度,平衡向逆反應(yīng)移動(dòng),升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng),據(jù)此判斷反應(yīng)熱,K與K關(guān)系;
④根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量,然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等,且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來(lái)判斷范圍.

解答 解:(1)1.2g石墨的物質(zhì)的量為n(C)=$\frac{1.2g}{12g/mol}$=0.1mol,1.68L氧氣的物質(zhì)的量為n(O2)=$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol,生成物為CO和CO2的混合物,設(shè)生成CO的物質(zhì)的量為nmol,由C元素守恒得CO2的物質(zhì)的量為(0.1-n)mol,根據(jù)關(guān)系式nC~n$\frac{1}{2}$O2~nCO,(0.1-n)O2~(0.1-n)CO2,則$\frac{1}{2}$n+(0.1-n)=0.075,n=0.05,所以反應(yīng)后生成0.05molCO,0.05molCO2,1mol石墨完全燃燒放出ykJ(y>0)的熱量,所以生成0.05molCO2放出的熱量為0.05yKJ,1.2g石墨在1.68L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氧氣中燃燒,至反應(yīng)物耗盡,放出x kJ熱量.則生成0.05molCO放出的熱量為(x-0.05y)kJ,所以生成1molCO放出的熱量為$\frac{x-0.05y}{0.05}$kJ,即(20x-y)kJ,所以熱化學(xué)方程式為:C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO(g)△H=-(20x-y)kJ•mol-1,
故答案為:C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO(g)△H=-(20x-y)kJ•mol-1
(2)①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積,所以K=$\frac{C(CH{\;}_{3}OH)C(H{\;}_{2}O)}{C(CO{\;}_{2})C{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$,故答案為:$\frac{C(CH{\;}_{3}OH)C(H{\;}_{2}O)}{C(CO{\;}_{2})C{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$;
②由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡,達(dá)平衡后,溫度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行,逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),即△H<0.故答案為:<;
③由圖2先拐先平衡溫度高可知,溫度T<T,平衡時(shí),溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小,說(shuō)明升高溫度,平衡向逆反應(yīng)移動(dòng),升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng),故該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng),則△H<0,升高溫度,平衡向逆反應(yīng)移動(dòng),所以K>K,故答案為:>;
④CO2(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(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的0.8倍,即$\frac{4-2x}{4}$=0.8
解得x=0.4mol
依題意:甲、乙為等同平衡,且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行,所以全部由生成物投料,c的物質(zhì)的量為1mol,c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時(shí)的物質(zhì)的量0.4mol,所以c的物質(zhì)的量為:0.4<n(c)≤1mol,故答案為:0.4<n(c)≤1mol.

點(diǎn)評(píng) 本題考查涉及知識(shí)點(diǎn)較多,涉及平衡常數(shù)的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對(duì)平衡移動(dòng)的影響等問(wèn)題,題目難度中等,本題注意把握計(jì)算方法以及平衡常數(shù)的運(yùn)用.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

8.如圖為直流電源,為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙,為電鍍槽.接通電路后發(fā)現(xiàn)上的c點(diǎn)顯紅色.為實(shí)現(xiàn)鐵上鍍鋅,接通后,使c、d兩點(diǎn)短路.下列敘述正確的是(  )
A.a為直流電源的負(fù)極B.c極發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-=H2
C.f電極為鋅板D.中溶液的溶質(zhì)為FeSO4

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

9.某研究性學(xué)習(xí)小組請(qǐng)你參與“研究鐵與水反應(yīng)所得固體物質(zhì)的成分、性質(zhì)及再利用”實(shí)驗(yàn)探究,并共同解答下列問(wèn)題:
【探究一】設(shè)計(jì)如圖所示裝置進(jìn)行“鐵與水反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn).
(1)硬質(zhì)玻璃管B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+4H2O(g)$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe3O4+4H2
(2)反應(yīng)前A中投放碎瓷片的目的是防止暴沸.
(3)裝置E中的現(xiàn)象是黑色固體變紅,右端管壁有水珠.
【探究二】設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案確定反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管中黑色固體的成分.
(4)待硬質(zhì)玻璃管B冷卻后,取少許其中的固體物質(zhì)溶于稀硫酸后,將所得溶液分成兩份.
(5)一份滴加幾滴KSCN溶液.若溶液變紅色,推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分(選填序號(hào),下同)為A;若溶液未變紅色,推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為B.
A.一定有Fe3O4         B.一定有Fe
C.只有Fe3O4           D.只有Fe
(6)簡(jiǎn)述可以證明溶液中存在Fe2+的實(shí)驗(yàn)方案加入酸性KMnO4溶液,溶液變淺或褪色.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

6.向50mLNa2SO4和Na2CO3的混合溶液中加入過(guò)量的BaCl2溶液,得到14.51g白色沉淀,向白色沉淀中加入過(guò)量的稀HNO3,充分反應(yīng)后,沉淀減少到4.66g,并有氣體產(chǎn)生.
(1)原混合溶液中Na2SO4的物質(zhì)的量濃度是多少?
(2)產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是多少?
(3)原溶液中Na+物質(zhì)的量濃度是多少?

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

13.常溫下,四個(gè)容積為V L的容積中分別裝有質(zhì)量相同的下列氣體,產(chǎn)生的壓強(qiáng)最大的是( 。
A.Cl2B.HClC.SO2D.CO2

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

3.工業(yè)上由鈦鐵礦(主要成分是FeTiO3鈦酸亞鐵)制備TiCl4.流程如圖所示:
(1)FeTiO3中,Ti元素的化合價(jià)為+4.
(2)往①中加入的物質(zhì)A是Fe.
(3)②中的綠礬帶有棕黃色,原因可能是含有Fe3+;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Fe3+雜質(zhì)離子的存在取樣,溶于水,向溶液中加入KSCN溶液,如果溶液變?yōu)檠t色,證明含有Fe3+;
(4)寫(xiě)出③中TiO2和過(guò)量焦炭、氯氣在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式:TiO2+2C+Cl2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl4+2CO.
(5)用金屬M(fèi)g還原成品TiO4得到Mg、MgCl2和Ti的混合物,再真空蒸餾制備Ti. 依據(jù)下表,蒸餾溫度略高于1412℃即可.
  Mg MgCl2 Ti
 熔點(diǎn)/℃ 648.0 714 1667
 沸點(diǎn)/℃ 1090 1412 3287
(6)依據(jù)綠色化學(xué)理念.該制備流程中存在明顯的不足之處是三廢沒(méi)有處理.
(7)向含有Fe2+、Fe3+溶液加入適量KOH和油脂,在高速撞拌下得到磁流體材料KxFeO2
①若x=l.請(qǐng)寫(xiě)出在酸性條件下KxFeO2溶液與足量KI溶液反應(yīng)的離子方程式:8H++2FeO2-+2I-=2Fe2++I2+4H2O.
②磁流體材料KxFeO2在組成上可理解為aK2O•bFeO•cFe2O3,若x=1.3,則b:c=6:7.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

10.下面兩個(gè)圖都是金屬防護(hù)的例子.
(1)為了降低某水庫(kù)的鐵閘門(mén)被腐蝕的速率,可以采用圖甲所示的方案,其中焊接在鐵閘門(mén)上的固體材料R可以采用C(從下面選項(xiàng)中選擇),此方法叫做犧牲陽(yáng)極保護(hù)法.A.銅  B.鈉       C.鋅  D.石墨
(2)圖乙方案也可以降低鐵閘門(mén)腐蝕的速率,其中鐵閘門(mén)應(yīng)該連接在直流電源的負(fù)極.
(3)采取以上兩種方法,乙(填“甲”或“乙”)種能使鐵閘門(mén)保護(hù)得更好.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

7.根據(jù)熱化學(xué)方程式:S(g)+O2(g)═SO2(g)△H=-Q kJ•mol-1(Q>0),則下列分析正確的是( 。
A.1mol S(g) 與1mol O2(g)的總能量比1mol SO2(g)的總能量低Q kJ
B.1mol S(g) 與1mol O2(g)反應(yīng)生成1mol SO2(g)放出Q kJ 的能量
C.S(s)+O2(g)═SO2(g)△H<-Q kJ•mol-1
D.1個(gè) S(g) 與1個(gè) O2(g)完全反應(yīng)可放出 Q kJ的能量

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:推斷題

3.圖是無(wú)機(jī)物A~M在一定條件下的轉(zhuǎn)化關(guān)系(部分產(chǎn)物及反應(yīng)條件未列出),大部分反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到實(shí)際應(yīng)用.已知Ⅰ、G是單質(zhì),且Ⅰ是一種既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)生成氫氣的金屬,L是一種無(wú)色氣體,K是一種紅棕色氣體,E是一種紅褐色沉淀.

請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白:
(1)寫(xiě)出下列物質(zhì)的化學(xué)式:C:H2SO4;J:HNO3
(2)寫(xiě)出下列反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式:
反應(yīng)⑦:Fe2O3+2Al $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al2O3+2Fe.
反應(yīng)⑩:Fe+4HNO3=Fe(NO33+NO↑+2H2O.
(3)寫(xiě)工業(yè)上NH3與O2在一定條件下制取L的化學(xué)方程式:4NH3+5O2$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H2O.

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