化学反应与能量综合测试题

化学反应与能量综合测试题

一、填空题

1．(16分)为减小CO2对环境的影响，在限制其排放量的同时，应加强对CO2创新利用的研 究。

(1)①把含有较高浓度CO2的空气通入饱和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO2气体。写出②中反应的化学方程式__________________________________。 (2)如将CO2与H2 以1:3的体积比混合。

①适当条件下合成某烃和水，该烃是 (填序号)。 A.烷烃 B.烯烃 C.炔烃 D.苯的同系物

②适当条件下合成燃料甲醇和水。在体积为2L的密闭容器中，充入 2 mol CO2和6 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－49.0 kJ/mol。

测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

从反应开始到平衡，v(H2)＝ ；氢气的转化率＝ ；能使平衡体系中n(CH3OH)增大的措施有_____________________________________________________。 (3)如将CO2与H2 以1:4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH4。已知： CH4 (g) ＋ 2O2(g) H2(g) ＋ 1/2O2(g)

CO2(g)＋ 2H2O(l) ΔH1＝―890.3 kJ/mol H2O(l) ΔH2＝－285.8 kJ/mol

则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式__________________________。 (4)某同学用沉淀法测定含有较高浓度CO2的空气中CO2的含量，经查得一些物质在20℃的数据如下表。

溶解度(S)/g Ca(OH)2 0.16 Ba(OH)2 3.89 溶度积(Ksp) CaCO3 2.9×109 －BaCO3 2.6×109 －(说明：Ksp越小，表示该物质在水溶液中越易沉淀)

吸收CO2最合适的试剂是 (填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”)溶液，实验时除需要测定工业废气的体积(折算成标准状况)外，还需要测定 。

2．(16分)CH4(g)＋2NO2(g)

N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝ －867 kJ·mol1。该反应

－

可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃时，分别将0.50 molCH4和a molNO2充入1L 的密闭容器中发生反应，测得有关数据如下表： 实验编号 1 2 温度 130℃ 180℃ /min 时间0 0.50 0.50 10 0.35 0.30 20 0.25 0.18 40 0.10 50 0.10 0.15 n(CH4)/mol n(CH4)/mol (1)开展实验1和实验2的目的是 。

(2)180℃时，反应到40min，体系 (填“是”或“否”)达到平衡状态，理由是 ；CH4的平衡转化率为 。

(3)已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4，试计算a的值。(写出计算过程)

μ（NO2） (4)一定条件下，反应时间t与转化率μ(NO)的关系如图所示，请在图像中画出180℃时，压

2

强为P2(设压强P2＞P1)的变化曲线，并做必要的标注。

(5)根据已知求算：ΔH2＝ 。 CH4(g)＋ 4NO2(g)CH4(g)＋ 4NO(g)

4NO(g)＋ CO2(g)＋ 2H2O(g)； ΔH1＝ －574 kJ·mol1

－

2N2(g)＋ CO2(g)＋ 2H2O(g)；ΔH2

3．(16分)除去杂质后的水煤气主要含H2、CO，是理想的合成甲醇的原料气。 (1)生产水煤气过程中有以下反应：①C(s)＋CO2(g)②CO(g)＋H2O(g)

2CO(g) △H1；

CO(g)＋H2(g) △H3；

H2(g)＋CO2(g) △H2；③C(s)＋H2O(g)

上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为 。 (2)将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为： 2CH4(g)＋3O2(g)

4CO(g)＋4H2O(g) △H＝－1038kJ/mol。工业上要选择合适的催化

剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)： ①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍； ②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍； ③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；

根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”或“Y”或“Z”)，选择的理由是 ；

(3)请在答题卡中，画出(2)中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。 ．．．．(4)合成气合成甲醇的主要反应是： 2H2(g)＋CO(g)

CH3OH(g) △H=－90.8kJ·mol1，T℃下此反应的平衡常数为160。

－

此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下：

物质 浓度/(mol·L1) －H2 0.20 CO 0.10 CH3OH 0.40 ①该时间段内反应速率υ(H2)= 。

②比较此时正、逆反应速率的大小：υ(正) υ(逆)(填“＞”、“＜”或“＝”)

(5)生产过程中，合成气要进行循环，其目的是 。

4．(17分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为－285.8kJ·mol1、－283.0kJ·mol

－

－1

和－726.5kJ·mol1。请回答下列问题：

－

(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ；

(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_____________； (3)在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇：CO2(g) ＋3H2(g)

CH3OH(g)

＋H2O(g)。在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300℃)；

下列说法正确的是______(填序号)

①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率v(CH3OH) ＝ ②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 ③该反应为放热反应

nA－－

mol·L1·min1 tA

n(H2)

④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大

n(CH3OH)

(4)在T1温度时，将1mol CO2和3mol H2充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为______；

(5)在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1KJ，则该燃料电池的理论效率为________(可以只列出计算式。燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。

5．(16分)以下是一些物质的熔沸点数据(常压)：

熔点(℃) 沸点(℃) 钾 63.65 774 钠 97.8 882.9 Na2CO3 851 1850(分解产生CO2) 金刚石 3550 －－－－ 石墨 3850 4250 金属钠和CO2在常压、890℃发生如下反应： 4 Na(g)＋ 3CO2(g)

2 Na2CO3(l) ＋ C(s,金刚石) △H=－1080.9kJ/mol

(1)上述反应的平衡常数表达式为 ；若4v正(Na)= 3v逆(CO2)，反应是否达到平衡 (选填“是”或“否”)。

(2)若反应在10L密闭容器、常压下进行，温度由890℃升高到1860℃，若反应时间为10min, 金属钠的物质的量减少了0.2mol，则10min里CO2的平均反应速率为 。 (3)高压下有利于金刚石的制备，理由是 。

(4)由CO2(g)＋4Na(g)=2Na2O(s)＋C(s，金刚石) △H=－357.5kJ/mol；则Na2O固体与C(金刚石)反应得到Na(g)和液态Na2CO3(l)的热化学方程式 。 (5)下图开关K接M时，石墨作 极，电极反应式为 。

K接N一段时间后测得有0.3mol电子转移，作出y随x变化的图象〖x—代表 n(H2O)消耗，y—代表n[Al(OH)3]，反应物足量，标明有关数据〗