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近年来,由于温室效应和资源短缺等问题,关于CO2和碳酸盐应用的研究受到人们的重视.某研究小组利用反应:CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)△H=-41.2kJ/mol,制备CO2与H2的混合气体,并进一
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近年来,由于温室效应和资源短缺等问题,关于CO2和碳酸盐应用的研究受到人们的重视.某研究小组利用反应:CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)△H=-41.2kJ/mol,制备CO2与H2的混合气体,并进一步研究CO2与H2以不同的体积比混合时在合适条件下的反应产物应用.
(1)已知:850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中,通入一定量的CO和H2O,CO和H2O浓度变化如图1所示:
下列说法正确的是______(填序号)
A.达到平衡时,氢气的物质的量是0.12mol
B.达到平衡时,反应体系最终会放出49.44kJ热量
C.第4min始,混合气体的平均相对分子质量不再变化
D.第6min时,若升高温度,反应平衡常数会减小
E.第8min时,若充入氦气,会导致v正(CO)<v逆(H2O)
(2)850℃时,若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,amol CO2和bmol H2.a=______mol,b=______mol,该平衡与(1)中平衡是等效平衡.
(3)研究小组采用碱液吸收一定量CO2的方法来提高混合气中H2与CO2的体积比.若以1L1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L(已折算为标准状况下体积)CO2,则吸收后溶液中各离子浓度从大到小的顺序是______.
(4)如将H2 与CO2以4:1的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4.已知:
CH4 (g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(1)△H1=-890.3kJ/mol
H2(g)+
O2(g)═H2O(1)△H2=-285.8kJ/mol
则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是______.
(5)熔融盐燃料电池(见图2)是以熔融碳酸盐为电解质,以CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料为电极.已知负极的电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O.正极的电极反应是______.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O2体积分数为20%),则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH4______L.
(1)已知:850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中,通入一定量的CO和H2O,CO和H2O浓度变化如图1所示:
下列说法正确的是______(填序号)
A.达到平衡时,氢气的物质的量是0.12mol
B.达到平衡时,反应体系最终会放出49.44kJ热量
C.第4min始,混合气体的平均相对分子质量不再变化
D.第6min时,若升高温度,反应平衡常数会减小
E.第8min时,若充入氦气,会导致v正(CO)<v逆(H2O)
(2)850℃时,若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,amol CO2和bmol H2.a=______mol,b=______mol,该平衡与(1)中平衡是等效平衡.
(3)研究小组采用碱液吸收一定量CO2的方法来提高混合气中H2与CO2的体积比.若以1L1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L(已折算为标准状况下体积)CO2,则吸收后溶液中各离子浓度从大到小的顺序是______.
(4)如将H2 与CO2以4:1的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4.已知:
CH4 (g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(1)△H1=-890.3kJ/mol
H2(g)+
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则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是______.
(5)熔融盐燃料电池(见图2)是以熔融碳酸盐为电解质,以CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料为电极.已知负极的电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O.正极的电极反应是______.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O2体积分数为20%),则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH4______L.
▼优质解答
答案和解析
(1)A.由图可知,平衡时△c(CO)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L,浓度变化量之比等于化学计量数之比,故△c(H2)=△c(CO)=0.12mol/L,故n(H2)=0.12mol/L×10L=1.2mol,故A错误;
B.生成1.2mol氢气,通常条件下放出的热量为41.2kJ×
=49.44kJ,850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol,故B正确;
C.由图可知4min时到达平衡,随反应进行,混合气体总质量不变,总物质的量不变,平均相对分子质量不变;所以混合气体的平均相对分子质量始终不变化,故C错误;
D.该反应正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,平衡常数减小,故D正确;
E.恒容密闭容器中,若充入氦气,体积不变,各物质的浓度不变,速率不变,故E错误;
故答案为:BD.
(2)在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,amol CO2和bmol H2,若要与(1)中平衡是等效平衡,则全部转化为反应物,与(1)中起始的量等比例即可;
设实际转化的CO2和 H2为xmol,所以转化为反应物时,c(CO)=
mol/L,c(H2O)=
mol/L,已知(1)中反应物的起始量为c(CO)=0.2mol/l,c(H2O)=0.3mol/l;
则
=
,解得:x=3;所以初始时CO2和 H2的物质的量均为3mol,即a=b=3;
故答案为:3;3;
(3)二氧化碳与氢氧化钠的反应为2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O NaOH+CO2=NaHCO3,已知n(NaOH)=1.5mol,n(CO2)=1mol,
设反应生成的Na2CO3为xmol,NaHCO3为ymol,则根据碳原子守恒和钠原子守恒得:2x+y=1.5,x+y=1,解得x=0.5 y=0.5,
溶液中Na2CO3的水解程度大于NaHCO3水解程度,所以溶液中c(HCO3-)>c(CO32-),溶液显碱性,则c(OH-)>c(H+),
所以溶液中各离子浓度从大到小的顺序是:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
故答案为:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
(4)已知:①CH4 (g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ/mol
②H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H2=-285.8kJ/mol
由盖斯定律,②×4-①得CO2(g)+4H2(g)═CH4 (g)+2H2O(l)△H=-252.9 kJ/mol
故答案为:CO2(g)+4H2(g)═CH4 (g)+2H2O(l)△H=-252.9 kJ/mol;
(5)料电池中,正极反应一定是氧气的电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-);
电池是以熔融碳酸盐为电解质,可以循环利用的物质只有二氧化碳;
若通入了标准状况下空气448L(假设空气中O2体积分数为20%),则氧气的物质的量为4mol,根据电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32-,所以转移电子的物质的量为16mol,根据电池的负极电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O,当转移16mol电子时,消耗CH4 2mol,则CH4在(标准状况)的体积V=nVm=2mol×22.4L/mol=44.8L,
故答案为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-);CO2; 44.8.
B.生成1.2mol氢气,通常条件下放出的热量为41.2kJ×
1.2mol |
1mol |
C.由图可知4min时到达平衡,随反应进行,混合气体总质量不变,总物质的量不变,平均相对分子质量不变;所以混合气体的平均相对分子质量始终不变化,故C错误;
D.该反应正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,平衡常数减小,故D正确;
E.恒容密闭容器中,若充入氦气,体积不变,各物质的浓度不变,速率不变,故E错误;
故答案为:BD.
(2)在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,amol CO2和bmol H2,若要与(1)中平衡是等效平衡,则全部转化为反应物,与(1)中起始的量等比例即可;
设实际转化的CO2和 H2为xmol,所以转化为反应物时,c(CO)=
1+x |
2 |
3+x |
2 |
则
| ||
|
0.2 |
0.3 |
故答案为:3;3;
(3)二氧化碳与氢氧化钠的反应为2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O NaOH+CO2=NaHCO3,已知n(NaOH)=1.5mol,n(CO2)=1mol,
设反应生成的Na2CO3为xmol,NaHCO3为ymol,则根据碳原子守恒和钠原子守恒得:2x+y=1.5,x+y=1,解得x=0.5 y=0.5,
溶液中Na2CO3的水解程度大于NaHCO3水解程度,所以溶液中c(HCO3-)>c(CO32-),溶液显碱性,则c(OH-)>c(H+),
所以溶液中各离子浓度从大到小的顺序是:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
故答案为:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
(4)已知:①CH4 (g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ/mol
②H2(g)+
1 |
2 |
由盖斯定律,②×4-①得CO2(g)+4H2(g)═CH4 (g)+2H2O(l)△H=-252.9 kJ/mol
故答案为:CO2(g)+4H2(g)═CH4 (g)+2H2O(l)△H=-252.9 kJ/mol;
(5)料电池中,正极反应一定是氧气的电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-);
电池是以熔融碳酸盐为电解质,可以循环利用的物质只有二氧化碳;
若通入了标准状况下空气448L(假设空气中O2体积分数为20%),则氧气的物质的量为4mol,根据电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32-,所以转移电子的物质的量为16mol,根据电池的负极电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O,当转移16mol电子时,消耗CH4 2mol,则CH4在(标准状况)的体积V=nVm=2mol×22.4L/mol=44.8L,
故答案为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-);CO2; 44.8.
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