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盖斯定律
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甲醇可作为燃料电池的原料.以CH 4和H 2O为原料,通过下列反应反应来制备甲醇. 反应I:CH 4 (g)+H 2O (g)=CO (g)+3H 2 (g)△H=+206.0kJ•mol -1 反应II:CO (g)+2H 2 (g)=CH 3OH (g)△H=-129.0kJ•mol -1 (1)CH 3OH (g)和H 2(g)反应生成CH 4(g)与H 2O(g)的热化学方程式为______. (2)将1.0mol CH 4和2.0mol H 2O ( g )通入容积固定为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH 4的转化率与温度的关系如图1. ①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H 2表示该反应的平均反应速率为______. ②100℃时反应I的平衡常数为______. ③可用来判断该反应达到平衡状态的标志有______.(填字母) A.CO的含量保持不变 B.容器中CH 4浓度与CO浓度相等 C.容器中混合气体的密度保持不变 D.3V 正(CH 4)=V 逆(H 2) (3)按照反应II来生成甲醇,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示.下列说法正确的是______ A.温度:T 1>T 2>T 3 B.正反应速率:ν(a)>ν(c); ν(b)>ν(d) C.平衡常数:K(a)>K(c); K(b)=K(d) D.平均摩尔质量:M(a)<M(c); M(b)>M(d) (4)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法之一为:甲醇蒸汽重整法.该法中的一个主要反应为CH 3OH(g)⇌CO(g)+2H 2(g),此反应能自发进行的原因是______. (5)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co 2+氧化成Co 3+,然后以Co 3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO 2而净化.实验室用图3装置模拟上述过程: ①写出阳极电极反应式______. ②写出除去甲醇的离子方程式______. ③若3图装置中的电源为甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池,则电池负极的电极反应式为:______.
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已知反应:CO(g)+H 2O(g)⇌H 2(g)+CO 2(g)△H=-41.2kJ/mol,生成的CO 2与H 2以不同的体积比混合时在合适条件下的反应可制得CH 4. (1)850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中,通入一定量的CO和H 2O(g),CO和H 2O(g)浓度变化如右图所示,下列说法正确的是______(填序号). A.达到平衡时,反应体系最终会放出49.44kJ热量 B.第4min时,混合气体的平均相对分子质量不再变化,可判断已达到平衡 C.第6min时,若升高温度,反应平衡常数会增大 D.第8min时,若充入CO,会导致v (正)>v (逆),平衡向正反应方向移动 (2)850℃时,若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H 2O、1.0mol CO 2和x mol H 2.若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是______. (3)如将H 2 与CO 2以4:1的体积比混合,在适当的条件下可制得CH 4.已知: CH 4(g)+2O 2(g)═CO 2(g)+2H 2O(l)△H 1=-890.3kJ/mol H 2(g)+ 1 2 O 2(g)═H 2O(l)△H 2=-285.8kJ/mol 则CO 2(g)与H 2(g)反应生成CH 4(g)与液态水的热化学方程式是______. (4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,以CH 4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料为电极.负极反应式为______,正极反应式为______.为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定.为此电池工作时必须有部分A物质参加循环,则A物质的化学式是______.实验过程中,若通入了标准状况下空气448L(假设空气中O 2体积分数为20%),则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH 4______L.
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过氧化氢和臭氧都是常见的绿色氧化剂,在工业生产中有着重要的用途. (1)据报道以硼氢化合物NaBH 4(B的化合价为+3价)和H 2O 2作原料的燃料电池,可用作通信卫星电源.负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO 2,其工作原理如图1所示.该电池放电时正极的电极反应式为:______;以MnO 2做正极材料,可能是因为______. (2)火箭发射常以液态肼(N 2H 4)为燃料,液态过氧化氢为助燃剂. 已知:N 2H 4(g)+O 2(g)=N 2(g)+2H 2O(g)△H=-534kJ•mol -1H 2O 2(l)=H 2O(l)+1/2O 2(g)△H=-98.64kJ•mol -1 H 2O(l)=H 2O(g)△H=+44kJ•mol -1反应N 2H 4(g)+2H 2O 2(l)=N 2(g)+4H 2O(g) 的△H=______. (3)O 3可由臭氧发生器(原理如图2所示)电解稀硫酸制得. ①图中阴极为______(填“A”或“B”). ②若C处通入O 2,则A极的电极反应式为:______. ③若C处不通入O 2,D、E处分别收集到11.2L和有4.48L气体(标准状况下),则E处收集的气体中O 3所占的体积分数为______ (忽略O 3的分解). (4)新型O 3氧化技术对燃煤烟气中的NOx和SO 2脱除效果显著,锅炉烟气中的NOx 95%以上是以NO形式存在的,可发生反应NO(g)+O 3 (g) 催化剂 . △ NO 2(g)+O 2(g).在一定条件下,将NO和O 3通入绝热恒容密闭容器中发生上述反应,正反应速率随时间变化的示意图(如图3)所示.由图可得出的正确说法是______ a.反应在c点达到平衡状态 b.反应物浓度:b点小于c点 c.反应物的总能量低于生成物的总能量 d.△t 1=△t 2时,NO的转化率:a~b段小于b~c段.
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碳和碳的化合物在人类生产、生活中的应用非常广泛,如何降低大气中CO 2的含量及有效地开发利用CO 2,引起了各国的普遍重视. (1)化学与以节能减排为基础的低碳经济密切相关.下列做法违背发展低碳经济的是______(填序号) A.提高原子利用率,发展绿色化学 B.大力发展汽车产业,鼓励市民购买家用汽车 C.推广煤的气化、液化技术,提供清洁高效燃料 D.开发利用太阳能、风能、氢能、核能等能源 (2)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离除去CO 2,还要求提供充足的O 2.某种电化学装置可实现如下转化:2CO 2═2CO+O 2,CO可用作燃料.已知该反应的阳极反应式为:4OH --4e -→O 2↑+2H 2O,则阴极反应式为______. (3)CO 2可转化成有机物实现碳循环.在体积为lL的密闭容器中,充入1mol CO 2和3mol H 2,一定条件下发生反应: CO 2(g)+3H 2(g)⇌CH 3OH(g)+H 2O(g)△H=-49.0kJ•mol -1, 则得CO 2和CH 2OH(g)的浓度随时间变化如图所示. ①从3min到8min,v(H 2)=______. ②能说明上述反应达到平衡状态的是______(填编号). A.反应中CO 2与CH 2OH的物质的量浓度之比为1:1(即图中交叉点) B.混合气体的密度不随时闻的变化而变化 C.单位时间内每消耗3mol H 2,同时生成1mol H 2O D.CO 2的体积分数在混合气体中保持不变 (4)已知: ①C(s)+O 2(g)═CO 2(g),△H 1=-437.3kJ•mol -1 ②2H 2(g)+O 2(g)═2H 2O(g),△H 2=-571.6kJ•mol -1 ③2CO(g)+O 2(g)═2CO 2(g),△H 3=-566.0kJ•mol -1 则:C(s)+H 2O(g)═CO(g)+H 2(g),△H=______. (5)某文献报道:在30℃、30MPa条件下,以Fe、COCl 2作催化剂,CO 2和H 2反应生成丁烷和戊烷.假定在一容器中充人一定量的CO 2和H 2,加入催化剂,若CO 2和H 2的转化率均为100%,产物只有丁烷和戊烷, n(H2) n(CO2) =a,则a的取值范围为______.
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氨是氮循环中的重要物质,在生产、生活和科研中有着广泛的应用. (I)工业上利用氨来制备生产硝酸赝蔼要的一氧化氮,该反应的化学方程式为______ 已知:Ⅰ.2NN 3(g)+CO 2(g) ⇌NH 2CO 2NH 4(s)△H=-159.47kJ•mol -1 Ⅱ.2NH 3(g)+CO 2(g)⇌CO(NH 2) 2(s)+H 2O(g)△H=-42.98kJ•mol -1 ①反应NH 2CO 2NH 4(s)⇌CO(NH 2) 2(s)+H 2O(g)的△H=______ ②一定条件下在密闭容器中发生反应Ⅰ,平衡后只改变一个条件.导致化学平衡常数变小,下列说法正确的是______(填序号). a.改变的条件一定是减小压强 b.改变的条件一定是升高温度 c.反应速率减小,平衡一定向正反应方向移动 d.反应速率增大,平衡一定向逆反应方向移动 ③-定条件下,将2molNH 3和ImolC0 2充入容积为2L的密闭容器中发生反应Ⅱ.反应进行2min时,产生热量21.49kJ,则2min内该反应的反皮速率v(NH 3)=______,此条件下该反应的化学平衡常数K=______. (3)图一为实验室制备NH 3的能量变化图象,图二中的曲线表示产生氨气的体积随温度的变化趋势,其中正确的是______ (填写代号).
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碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用. (1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下: 2Al 2O 3(s)+2AlCl 3(g)+6C(s)═6AlCl(g)+6CO(g)△H=a kJ•mol -1 3AlCl(g)═2Al(l)+AlCl 3(g)△H=b kJ•mol -1 反应Al 2O 3(s)+3C(s)═2Al(l)+3CO(g)的△H=______kJ•mol -1(用含a、b的代数式表示); (2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物.某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)⇌N 2(g)+CO 2(g)△H=Q kJ•mol -1.在T 1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下: 时间(min) 浓度(mol/L) 0 10 20 30 40 50 NO 1.00 0.68 0.50 0.50 0.60 0.60 N2 0 0.16 0.25 0.25 0.30 0.30 CO2 0 0.16 0.25 0.25 0.30 0.30 ①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=______,T 1℃时,该反应的平衡常数K=______; ②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是______ (填字母编号). a.通入一定量的NO b.加入一定量的活性炭 c.加入合适的催化剂 d.适当缩小容器的体积 ③若30min后升高温度至T 2℃,达到平衡时,容器中NO、N 2、CO 2的浓度之比为3:1:1,则Q______0(填“>”或“<”). ④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______(填选项编号). a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO 2(g) b.反应体系的温度不再发生改变 c.混合气体的密度不再发生改变 d.反应体系的压强不再发生改变 (3)铝电池性能优越,Al-Ag 2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示:请写出该电池正极反应式______;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH=______ (不考虑溶液体积的变化).
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工业上“固定”和利用CO 2能有效地减轻“温室效应”. (1)目前工业上利用CO 2来生产燃料甲醇,可将CO 2变废为宝.已知常温常压下: ①CH 3OH(l)+O 2(g)═CO(g)+2H 2O(g)△H=-354.8kJ/mol ②2CO(g)+O 2(g)═2CO 2(g)△H=-566kJ/mol 则反应2CO 2(g)+4H 2O(g)═2CH 3OH(l)+3O 2(g)△H=______kJ•mol -1 (2)T℃时,已知反应:CO 2(g)+H 2(g)⇌CO(g)+H 2O(g)△H<0.在T℃下,将2mol CO 2和2mol H 2充入1L的密闭容器中,测得H 2的物质的量随时间的变化情况如图中曲线I所示. ①按曲线I计算反应从0到4min时,υ(H 2)=______. ②在T℃时,若仅改变某一外界条件时,测得H 2的物质的量随时间的变化情况如图中曲线Ⅱ所示,则改变的外界条件为______.计算该反应按曲线II进行,达到平衡时,容器中c(CO 2)=______. (3)已知25℃时,乙酸和碳酸的电离平衡常数如下表: 物质的化学式 CH3COOH H2CO3 电离平衡常数 K=1.8×10-5 K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11 ①用饱和氨水吸收CO 2可得到NH 4HCO 3溶液.若已知CH 3COONH 4溶液pH=7,则 NH 4HCO 3溶液显______(填“酸性”、“碱性”或“中性”). ②在25℃时,在乙酸溶液中加入一定量的NaHCO 3,保持温度不变,所得混合液的pH=6,那么混合液中 c(CH3COO-) c(CH3COOH) =______. ③向0.1mol•L -1CH 3COOH溶液中加入少量CH 3COONa晶体,保持温度不变,下列有关说法正确的是______(填代号). a.溶液的pH增大 b.CH 3COOH的电离程度增大 c.溶液的导电能力减弱 d.溶液中c(OH -)•c(H +)不变.
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目前工业上有一种用CO 2来生产燃料甲醇的方法,可以将CO 2变废为宝. (1)已知在常温常压下: ①2CH 3OH(l)+3O 2(g)=2CO 2(g)+4H 2O(g)△H= _1275.6kJ•mol -1 ②2CO(g)+O 2(g)=2CO 2(g)△H= _556.0kJ•mol -1 ③H 2O(l)=H 2O(g)△H=+44.0kJ•mol -1 写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式______ (2)某同学利用甲醇燃料电池为电源,设计了一种电解法制取Fe(OH) 2的实验装置(如图),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色.则电源中a极为______极(填“正”或“负”),其电极反应式为______.装置上端A极电极材料是______(填化学式),B电极上的电极反应式为______. (3)将不同量的CO(g)和H 2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:CO(g)+H 2O(g)⇌CO 2(g)+H 2(g),得到如下三组数据: 实验组 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min H2O CO CO2 1 650 2 4 1.6 5 2 900 1 2 0.4 3 3 900 1 2 0.4 1 ①该反应的正反应为______(填“吸”或“放”)热反应. ②实验1中,以v(H 2)表示的平均反应速率为______. ③900℃时,按CO(g)、H 2O(g)、CO 2(g) 和 H 2(g)的物质的量分别是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分别加入该容器,则此时反应的v(正)______v(逆)(填“>”“<”或“=”中之一). ④实验3跟实验2相比,改变的条件可能是______.
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运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义. (1)合成氨反应N 2(g)+3H 2(g)⇌2NH 3(g),若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,则平衡______移动(填“向左”“向右”或“不”);使用催化剂,上述反应的△H______(填“增大”“减小”或“不改变”). (2)甲烷在高温下与水蒸气反应的方程式为:CH 4+H 2O=CO+3H 2.已知部分物质燃烧的热化学方程式如下: 2H 2(g)+O 2(g)=2H 2O(l)△H=-571.6kJ•mol -1 2CO(g)+O 2(g)=2CO 2(g)△H=-566kJ•mol -1 CH 4(g)+2O 2(g)=CO 2(g)+2H 2O(l)△H=-890.3kJ•mol -1 又知1molH 2O(g)转变为1mol H 2O(l)时放出44.0kJ热量.写出CH 4和H 2O在高温下反应的热化学方程式______. (3)在25℃下,向浓度均为0.1mol•L -1的MgCl 2和CuCl 2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成______沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为______.已知25℃时K sp[Mg(OH) 2]=1.8×10 -11,K sP[Cu(OH) 2]=2.2×10 -20. (4)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N 2、H 2为电极反应物,以HCl-NH 4Cl为电解质溶液制造新型燃烧电池.请写出该电池的正极反应式______. (5)某温度(t℃)时,测得0.01mol•L -1的NaOH溶液的pH=11.在此温度下,将pH=a的H 2SO 4溶液V aL与pH=b的NaOH溶液V bL混合,若所得混合液为中性,且a+b=12,则V a:V b=______. (6)在25℃下,将a mol•L -1的氨水与0.01mol•L -1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH 4 +)=c(Cl -).则溶液显______性(填“酸”“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH 3•H 2O的电离常数K b=______.
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已知:(1)Zn(s)+ 1/2O 2(g)=ZnO(s),△H=-350kJ•mol -1, (2)2Ag(s)+ 1/2 O 2 (g)=Ag 2 O(s),△H=-25kJ•mol -1 , 则Zn(s)+Ag 2O(s)=ZnO(s)+2Ag(s)的△H等于( ) A.-375 kJ•mol-1 B.-325 kJ•mol-1 C.+375 kJ•mol-1 D.+325 kJ•mol-1
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