【題目】CO2既是溫室氣體,也是重要的化工原料。以CO2為原料可合成多種物質(zhì)。

(1)利用CO2和CH4重整可制合成氣(主要成分CO、H2),重整過(guò)程中部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:

①CH4(g) = C(s) + 2H2(g) △H = +75.0 kJ·mol1

②CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) △H = +41.0 kJ·mol1

③CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) △H = -131.0 kJ·mol1

反應(yīng)CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H= ____

(2)在一定溫度下,向2L固定容積的密閉容器中通入2 mol CO2和6 mol H2發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。測(cè)得CO2和CH3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如下圖所示。

①前10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ(H2)=____ mol∕(L·min)。

②能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是____。

A.c(CO2):c(H2):c(CH3OH):c(H2O)=1:3:1:1

B.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

C.CH3OH的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變

D.混合氣體的密度不隨時(shí)間變化

③下列措施能使n(CH3OH) ∕n(CO2) 增大的是____。

A.升高溫度 B.恒溫恒容充入He(g)

C.使用高效催化劑 D.恒溫恒容下,再充入1mol CO2、3mol H2

④該溫度下的平衡常數(shù)K=____(L∕mol)2。

(3)用100mL 0.25 mol∕L Na2CO3溶液吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下336mL的CO2氣體(溶液體積變化忽略不計(jì)),所得溶液中:c(HCO3)+c(CO32)+c(H2CO3)=____ mol∕L(填數(shù)字)。

(4)在強(qiáng)酸性的電解質(zhì)水溶液中,惰性材料做電極,電解CO2可得到多種燃料,其原理如圖所示。

① b電極的名稱(chēng)是____。

② 請(qǐng)寫(xiě)出電解時(shí)生成乙烯的電極反應(yīng)式____。

【答案】 +247 kJ·mol-1 0.225 B、C D 16/3或5.33 0.4 2CO2+12H+12e=C2H4+4H2O

【解析】試題分析:(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H;(2根據(jù) 計(jì)算υ(H2);根據(jù)化學(xué)平衡的特征分析;③根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析n(CH3OH) ∕n(CO2)的變化;④根據(jù) 計(jì)算;(3)根據(jù)碳元素守恒計(jì)算;(4根據(jù)圖示,電解池中陽(yáng)離子移向陰極,H+向左移動(dòng),所以a是負(fù)極、b是正極;二氧化碳得電子生成乙烯;

解析:(1)①CH4(g) = C(s) + 2H2(g) △H = +75.0 kJ·mol1

②CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) △H = +41.0 kJ·mol1

③CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) △H = -131.0 kJ·mol1

根據(jù)蓋斯定律,②CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H=+247 kJ·mol-1;(2υ(H2)= 0.225 mol∕(L·min);Ac(CO2):c(H2):c(CH3OH):c(H2O)=1:3:1:1時(shí),不一定不再變化,所以不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài);

B根據(jù) 氣體質(zhì)量不變、總物質(zhì)的量是變量,所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量是變量,變量保持不變一定達(dá)到平衡狀態(tài);

C.CH3OH的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變,說(shuō)明甲醇的物質(zhì)的量不變,能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài);

D氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變,根據(jù) ,混合氣體的密度是恒量,密度不隨時(shí)間變化,不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài);選BC。

③A.正反應(yīng)放熱,升高溫度逆向移動(dòng),n(CH3OH) ∕n(CO2) 減; B.恒溫恒容充入He(g),平衡不移動(dòng),n(CH3OH) ∕n(CO2)不變;C.使用高效催化劑,平衡不移動(dòng),n(CH3OH) ∕n(CO2)不變;D.恒溫恒容下,再充入1mol CO2、3mol H2,相當(dāng)于加壓,平衡正向移動(dòng),n(CH3OH) ∕n(CO2) 增大;選D。

根據(jù)圖示達(dá)到平衡時(shí) 、、,平衡常數(shù)K= =5.33 (L∕mol)2。

(3)用100mL 0.25 mol∕L Na2CO3溶液吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下336mL的CO2氣體,所得溶液中碳元素的物質(zhì)的量是0.04mol,濃度是0.4 mol∕L,根據(jù)碳元素守恒c(HCO3)+c(CO32)+c(H2CO3)= 0.4 mol∕L。

(4)(4)①根據(jù)圖示,電解池中陽(yáng)離子移向陰極,H+向左移動(dòng),所以a是負(fù)極、b是正極;②在酸性電解質(zhì)中二氧化碳得電子生成乙烯的電極反應(yīng)式是2CO2+12H+12e=C2H4+4H2O。

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