已知化学反应①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),其平衡常数为K1;化学反应②:Fe(s)+H2O(g)
FeO(s)+H2(g),其平衡常数为K2。在温度973 K 和1173 K 情况下,K1、K2的值分别如下:
温度 |
K1 |
K2 |
973 K |
1.47 |
2.38 |
1173 K |
2.15 |
1.67 |
(1)通过表格中的数值可以推断:反应①是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)现有反应③:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),请你写出该反应的平衡常数K3的数学表达式:K3=________。
(3)能判断反应③已达平衡状态的是________。
A.容器中压强不变 B.混合气体中c(CO)不变 C.v正(H2)=v逆(H2O)D.c(CO2)=c(CO)
(4)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系式__________________。据此关系式及上表数据,也能推断出反应③是________(填“吸热”或“放热”)反应。要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采取的措施是________(填写序号)。
A.缩小反应容器容积 B.扩大反应容器容积 C.降低温度
D.升高温度 E.使用合适的催化剂 F.设法减少CO的量
Ⅰ.在一定条件下,科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇,其过程如下图所示,试回答下列问题:
(1)该合成路线对于环境保护的价值在于。
(2)15~20%的乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液具有弱碱性,上述合成线路中用作CO2吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因。
(3)CH3OH、H2的燃烧热分别为:△H=-725.5 kJ/mol、△H=-285.8 kJ/mol,写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式:。
Ⅱ.将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为:
2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)
已知一定压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率见下表:
投料比[n(H2) / n(CO2)] |
500 K |
600 K |
700 K |
800 K |
1.5 |
45% |
33% |
20% |
12% |
2.0 |
60% |
43% |
28% |
15% |
3.0 |
83% |
62% |
37% |
22% |
(4)该反应的焓变△H0,熵变△S0(填>、<或=)。
(5)用甲醚作为燃料电池原料,在碱性介质中该电池负极的电极反应式。
(6)若以1.12 L·min-1(标准状况)的速率向该电池中通入甲醚(沸点为-24.9 ℃),用该电池电解500 mL 2 mol·L-1 CuSO4溶液,通电0.50 min后,理论上可析出金属铜g。
为了防止或减少机动车尾气和燃煤产生的烟气对空气的污染,人们采取了很多措施。
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)△H<0,
若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是(填代号)。
(下图中υ正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数)
(2)机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。已知:
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol①
2NO2(g)N2O4(g)ΔH=-56.9 kJ/mol②
H2O(g) = H2O(l)ΔH=-44.0 kJ/mol③
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式:。
(3)用NH3催化还原NOX也可以消除氮氧化物的污染。如图,采用NH3作还原剂,烟气以一定的流速通过催化剂,通过测量逸出气体中氮氧化物含量,从而可确定烟气脱氮率,反应原理为:NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。
①该反应的△H0(填“>”、“=”或 “<”)。
②对于气体反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP),
则上述反应的KP=。
(4)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见图,石墨I为电池的极。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,其电极反应为。
(5)硝酸工业尾气中氮氧化物(NO和NO2)可用尿素〔CO(NH2)2〕溶液除去。反应生成对大气无污染的气体。1 mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物(假设NO、NO2体积比为1︰1)的质量为g。
研究CO、SO2、NO等大气污染气体的综合处理与利用具有重要意义。
(1)以CO或CO2与H2为原料,在一定条件下均可合成甲醇,你认为用哪种合成设计线路更符合“绿色化学”理念:(用化学反应方程式表示)。
(2)如图所示是用于合成甲醇产品中甲醇含量的检测仪。写出该仪器工作时的电极反应式:
负极,正极。
(3)一定条件下,NO2和SO2反应生成SO3(g)和NO两种气体,现将体积比为1:2的NO2和SO2的混合气体置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是。(填序号)
A.体系压强保持不变 | B.混合气体颜色保持不变 |
C.SO3、NO的体积比保持不变 | D.每消耗 1 mol SO2,同时生成1 mol NO |
当测得上述平衡体系中NO2与SO2体积比为1:6时,则该反应平衡常数K值为;
(4)工业常用Na2CO3饱和溶液回收NO、NO2气体:
NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2 2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2
若用足量的Na2CO3溶液完全吸收NO、NO2混合气体,每产生标准状况下CO2 2.24L(CO2气体全部逸出)时,吸收液质量就增加4.4g,则混合气体中NO和NO2体积比为。
设计新型燃料电池是本世纪最富有挑战性的课题之一。
(1)有人制造了一种燃料电池,一个电极通入O2(含有少量CO2),另一个电极通入CH4,电池的电解质是熔融的K2CO3。该电池的负极反应式为____________________________,电池工作时,电解质里的CO(向________极移动(填“正”或“负”)。
(2)某科研小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图10-3所示的原电池装置。该电池的负极反应式为________________________________________________,用该电池电解CuCl2溶液,当产生33.6 L Cl2(标准状况下)时,消耗甲醇的质量为________g。
700℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g) CO2+H2(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1>t2):
反应时间/min |
n(CO)/mol |
H2O/ mol |
0 |
1.20 |
0.60 |
t1 |
0.80 |
|
t2 |
0.20 |
下列说法正确的是
A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)=0.40/t1 mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60molCO和1.20 molH2O,到达平衡时,n(CO2)=0.40 mol。
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20molH2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数增大
D.温度升至800℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应