【題目】研究和深度開發(fā)CO、CO2的應用對建生態(tài)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) ΔH1=+489.0kJmol-1,
C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJmol-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(fā)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線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KI______KⅡ(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 | 甲 | 乙 |
反應物投入量 | 1mol CO2、3mol H2 | a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c molH2O(g) |
若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍,要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H2(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)一種甲醇燃料電池,使用的電解質溶液是2mol·L-1的KOH溶液。
請寫出加入(通入)b物質一極的電極反應式________________;每消耗6.4g甲醇轉移的電子數為_______________。
(6)一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸。通常狀況下,將amol/L的醋酸與bmol/LBa(OH)2溶液等體積混合后,溶液中:2c(Ba2+)=c(CH3COO-),用含a和b的代數式表示該混合溶液中醋酸的電離常數Ka為__________________。
【答案】 Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH= -28.5kJ·mol-1 CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O > 0.4<n(c)≤1mol Ⅱ>Ⅲ>I O2+4e-+2H2O=4OH- 1.2NA或1.2mol
【解析】(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(fā)生失電子的氧化反應,正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應,據此書寫電極反應式;
(3)①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質的量少,根據K=分析判斷;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,據此分析解答;
(5)根據電子移動的分析判斷出正負極,負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應,正極上氧氣得到電子發(fā)生還原反應;根據電子與甲醇的物質的量關系計算;
(6)通常狀況下,將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合,溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇,反應平衡時,2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L,溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,溶液呈中性,根據醋酸電離平衡常數K=計算。
(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol;②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol;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)CO燃料電池中,負極上是CO發(fā)生失電子的氧化反應,電極反應式為:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O,正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應,電極反應式為:O2+4e-+2H2O=4OH-,故答案為:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O;
(3)①平衡時,Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物質的量少,則二氧化碳和氫氣的物質的量越多,根據K=知,平衡常數越小,故KⅠ>KⅡ,故答案為:>;
② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
初始(mol) 1 3 0 0
平衡(mol) 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=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)根據圖示可知,電子由a電極經導線流向b電極,因此a為負極,b為正極,該電池負極是甲醇失電子生成碳酸鉀,正極上是空氣中的氧氣得到電子生成氫氧根離子,電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-;每消耗6.4g 甲醇的物質的量==0.2mol,反應中甲醇中的碳元素由-2價變成+4價,轉移電子的物質的量為1.2mol,故答案為:O
(6)通常狀況下,將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合,溶液中溶質為醋酸鋇和氫氧化鋇,反應平衡時,2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L,溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,溶液呈中性,醋酸電離平衡常數K===,故答案為:。
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【題目】準確量取 25.00mL KMnO4溶液,可選用的儀器是 ( )
A.25mL 量筒B.25mL 滴定管
C.25mL 容量瓶D.有刻度的 50mL 燒杯
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【題目】(1)將一定質量的鋅粒投入100mL 18.5mol/L的濃硫酸中,待鋅粒完全溶解后,測得生成的H2和SO2共33.6L(標準狀況),此時溶液中尚余0.1mol H+.計算可知:
①投入鋅粒的質量為_____________g。
②生成的H2和SO2的物質的量之比為_____________。
(2)取25.6 g Cu與一定量的某濃度的濃HNO3反應,當銅完全溶解后,收集到產生的NO和NO2混合氣體在標準狀況下的體積共11.2 L,則:
①消耗硝酸的物質的量為_____________mol。
②NO的物質的量為_____________mol,NO2的物質的量為_____________mol。
③當銅完全溶解時,反應中轉移的電子數目為_____________。
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【題目】已知反應H2(g) +I2(g)2HI(g)中,每生成2 mol HI時會有a kJ 的能量放出,又知有關化學鍵鍵能如下:
下列說法正確的是
A. 1mol H2 的能量比2 mol H 的能量高
B. 將0.5 mol H2 與1mol I2(g)混合充分反應后放出的熱量為0.5a kJ
C. H- I鍵的鍵能為0.5(a+b+c) kJ/mol
D. H +IHI 是吸熱變化
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【題目】短周期元素R、X、Y、Z的原子序數依次遞增,R的無氧酸溶液能在玻璃容器上刻標記;R和X能形成XR3型化合物,X在化合物中只顯一種化合價;R和Z位于同主族,Y原子最外層電子數等于電子層數的2倍。下列有關推斷正確的是
A. R單質和Z單質均可與水發(fā)生反應置換出O2
B. 上述元素形成的簡單離子都能促進水的電離平衡
C. YR6能在氧氣中劇烈燃燒
D. 元素對應的簡單離子的半徑:Y>Z>R>X
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【題目】配制一定物質的量濃度的NaOH溶液時,造成所配溶液濃度偏低的原因是( )
A.未洗滌燒杯和玻璃棒
B.轉移溶液前溶液未冷卻至室溫
C.容量瓶未干燥
D.定容時俯視液面
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【題目】周杰倫在歌曲《青花瓷》中唱到“簾外芭蕉惹驟雨,門環(huán)惹銅綠”,其中的銅綠指的是( )
A. Cu2(OH)2CO3 B. Cu(OH)2 C. CuO D. Cu2O
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【題目】向一定量的Fe、Fe2O3和CuO混合物投入100 mL濃度2.2 mol/L的硫酸溶液中,充分反應后生成896 mL標準狀況下的氣體,得不溶物1.28 g,過濾后,溶液中陽離子只有Fe2+,向濾液中加入2 mol/L的NaOH溶液,加至40 mL時開始出現沉淀,則濾液中FeSO4的物質的量濃度為(設濾液體積為100 mL( )
A.2 mol/L B.1.8 mol/L C.1.9 mol/L D.無法計算
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【題目】一定溫度下,反應N2O4(g) 2NO2(g)的焓變?yōu)?/span>ΔH,F將1mol N2O4充入一恒壓密閉容器中,下列示意圖能說明反應達到平衡狀態(tài)的是( )
A. ①②B. ②④C. ③④D. ①④
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