近年來,由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題,關(guān)于CO2和碳酸鹽應(yīng)用的研究受到人們的重視。某研究小組利用反應(yīng):CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H=-41.2kJ/mol ,制備CO2與H2 的混合氣體,并進(jìn)一步研究CO2與H2以不同的體積比混合時在合適條件下的反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)用。
(1) 已知:850℃時在一體積為10 L的恒容密閉容器中,通入一定量的CO和H2O,CO和H2O濃度變化如圖1所示:
下列說法正確的是 (填序號)
A.達(dá)到平衡時,氫氣的物質(zhì)的量是0.12mol
B.達(dá)到平衡時,反應(yīng)體系最終會放出49.44kJ熱量
C.在0—4min,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大
D.第6min時,若升高溫度,反應(yīng)平衡常數(shù)會減小
E.第8min時,若充入氦氣,會導(dǎo)致v正(CO)<v逆(H2O)
(2) 850 ℃時,若在容積為2 L的密閉容器中同時充入1.0 mol CO,3.0 mol H2O,1.0 mol CO2和x mol H2。若要使上述反應(yīng)開始時向正反應(yīng)方向進(jìn)行,則x應(yīng)滿足的條件是 。
(3) 如將H2 與CO2以4:1的體積比混合,在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH4。已知:
CH4 (g)+2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH1=-890.3 kJ/mol
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ/mol
則CO2(g)與H2(g)反應(yīng)生成CH4(g)與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是 。
(4) 熔融鹽燃料電池(見圖2)是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì),以CH4為燃料,空氣為氧化劑,稀土金屬材料為電極。已知負(fù)極的電極反應(yīng)是CH4 +4CO32--8e-=5CO2+2H2O。正極的電極反應(yīng)是________。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行,電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán),則A物質(zhì)的化學(xué)式是_________。實驗過程中,若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448 L(假設(shè)空氣中O2體積分?jǐn)?shù)為20%),則熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH4____________L。
(1)BD(2分) (2)0≤x<3(2分)
(3)CO2(g)+4 H2(g)=CH4(g)+2H2O(l) △H=-252.9 kJ/mol(2分)
(4)2O2+4CO2+8e-=CO32-(2分)、CO2(1分)、44.8L(2分)
【解析】
試題分析:(1)A、由圖可知,平衡時△c(CO)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L,濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比,故△c(H2)=△c(CO)=0.12mol/L,則n(H2)=0.12mol/L×10L=1.2mol,故A錯誤;B、生成1.2mol氫氣,放出的熱量為41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ,故B正確;C、由圖可知4min時到達(dá)平衡,隨反應(yīng)進(jìn)行,混合氣體總質(zhì)量不變,總物質(zhì)的量也不變,所以平均相對分子質(zhì)量始終不變,故C不正確;D.該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動,平衡常數(shù)減小,故D正確;E、第8min時,若充入氦氣,壓強(qiáng)增大,但物質(zhì)的濃度不變,因此反應(yīng)速率和平衡都不變,E不正確,答案選BD。
(2)由圖可知,平衡時CO的濃度為0.08mol/L,則:
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
起始濃度(mol/L) 0.2 0.3 0 0
轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 0.12 0.12 0.12 0.12
平衡濃度(mol/L) 0.08 0.18 0.12 0.12
故平衡常數(shù)K===1
平衡向正反應(yīng)方向移動,濃度商小于平衡常數(shù),即<1,解得x<3,所以x的取值范圍是0≤x<3。
(3)根據(jù)已知反應(yīng)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH1=-890.3 kJ/mol、②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ/mol并結(jié)合蓋斯定律可知,②×4-①即得到CO2(g)+4 H2(g)
=CH4(g)+2H2O(l),則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-285.8 kJ/mol×4+890.3 kJ/mol=-252.9 kJ/mol。
(4)原電池中正極得到電子,則氧氣在正極通入。由于是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì),所以氧氣在正極得到電子結(jié)合CO2生成CO32-,則正極電極反應(yīng)式為2O2+4CO2+8e-=4CO32-。由于負(fù)極產(chǎn)生CO2,而正極消耗CO2,所以參加循環(huán)的物質(zhì)應(yīng)該是CO2;448L空氣中氧氣的體積=448L×20×=89.6L,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積=89.6L÷22.4L/mol=4mol,反應(yīng)中得到4mol×4=16mol電子。甲烷在反應(yīng)中失去8個電子,所以根據(jù)電子得失守恒可知,消耗甲烷的物質(zhì)的量是16mol÷8=2mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是44.8L。
考點:考查可逆反應(yīng)的計算、外界條件對平衡狀態(tài)的影響、熱化學(xué)方程式的計算以及燃料電池的有關(guān)判斷
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解
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科目:高中化學(xué) 來源:2010-2011學(xué)年江西省高三模擬考試(理綜)化學(xué)部分 題型:填空題
(15分)由于燃料電池汽車,尤其氫燃料電池汽車可以實現(xiàn)零污染排放,驅(qū)動系統(tǒng)幾乎無噪音,且氫能取之不盡、用之不竭,燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點。為了獲得競爭優(yōu)勢,各國紛紛出臺政策,加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等。
(1)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn),目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇,甲醇是汽車燃料電池的重要燃料。已知氫氣、甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式如下:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H= -571.6kJ·mol-1 ①
CH3OH(l)+ O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) △H= -726.0kJ·mol-1 ②
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式:_______________________。
(2)有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇一空氣燃料電池。這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-。
①電池正極反應(yīng)式為_______________,負(fù)極反應(yīng)式為_______________。
②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中,O2-的移動方向是___________ 。
③甲醇可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒直接產(chǎn)生動力推動機(jī)動車運行,而科技工作者卻要花費大量的精力研究甲醇燃料汽車。主要原因是:_________________________________
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科目:高中化學(xué) 來源:江西省模擬題 題型:填空題
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科目:高中化學(xué) 來源:2011-2012學(xué)年浙江省溫州市八校聯(lián)考高三(上)期末化學(xué)試卷(解析版) 題型:填空題
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