解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷212
请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
(1)工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇。已知: 800℃时
反应①:2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g) △H=-90.8 kJ/mol
反应②:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H=+41.2kJ/mol
(1)写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式___________________________________ 。
(2)对于反应①，在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。据此判断
①压强P1_____ P2(填“>”“<”或“=”，下同)
②平衡常数K(状态C)_____ K(状态D)
③反应速率:V逆(状态A)_____ V逆(状态B)
(3)对于反应②，在体积一定的密闭容器中加入一定量的H2和CO。进行反应。下列说法正确的是______ 。
A.若该反应在恒容，绝热的容器中进行，当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态
B.该反应达到平衡时，向平衡体系中充入一定量的氦气，平衡可能发生移动
C.恒温恒容条件下，若改变反应物的投入量，△H的值不发生变化
D.恒温恒容条件下，若投入气体的总量保持不变，设起始投料比[n(H2)/n(CO2)]=X，当X=2或1/2时，H2O的体积分数不变。
(4)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外线照射时，在不同催化剂(I、II、III)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图2所示，在0-15h内，对反应催化效果最好的催化剂是____________ (填序号)。
(5)一种新利CO燃料电池工作原理如上图3所示，该电池负极电极反应式为______________ ，电极A处产生的CO2有部分参与循环利用，其利用率为______________________ 。
(1)工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇。已知: 800℃时
反应①:2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g) △H=-90.8 kJ/mol反应②:H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g) △H=+41.2kJ/mol(1)写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式
(2)对于反应①，在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。据此判断
①压强P1
②平衡常数K(状态C)
③反应速率:V逆(状态A)
(3)对于反应②，在体积一定的密闭容器中加入一定量的H2和CO。进行反应。下列说法正确的是
A.若该反应在恒容，绝热的容器中进行，当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态
B.该反应达到平衡时，向平衡体系中充入一定量的氦气，平衡可能发生移动
C.恒温恒容条件下，若改变反应物的投入量，△H的值不发生变化
D.恒温恒容条件下，若投入气体的总量保持不变，设起始投料比[n(H2)/n(CO2)]=X，当X=2或1/2时，H2O的体积分数不变。
(4)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外线照射时，在不同催化剂(I、II、III)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图2所示，在0-15h内，对反应催化效果最好的催化剂是
(5)一种新利CO燃料电池工作原理如上图3所示，该电池负极电极反应式为
2018·陕西渭南·二模
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甲醇（CH3OH）和二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效等优良的性能。
（1）CO2可用于合成二甲醚（CH3OCH3）,有关反应的热化学方程式如下：
CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH = -49.0kJ·mol-1,
2CH3OH(g) =CH3OCH3(g)+ H2O(g) ΔH =-23.5kJ·mol-1,
则CO2与H2反应合成二甲醚的热化学方程式为__________________________ 。
（2）若反应2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+ H2O(g)在某温度下的化学平衡常数为400，此温度下，在密闭容器中加入一定量甲醇，反应进行到某时刻，测得各物质的浓度如表所示：
①写出该反应的平衡常数表达式：K=_______________ 。
②比较该时刻正、逆反应速率的大小：v（正）____ v（逆）（填“>”、“<”或“=”）
③若加入甲醇后经 10 min 反应达到平衡，则平衡后c（CH3OH）=__________ ，该时间内反应速率v（CH3OCH3）=____________ 。
（3）工业上合成甲醇的反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH =-90.8kJ·mol-1，若在温度相同、容积均为2L的3个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时如下：
①下列不能说明该反应在恒温恒容条件下已达化学平衡状态的是________ 。
A. v正（H2）= 2v逆（CH3OH） B. n(CO)﹕n(H2)﹕n(CH3OH)=1﹕2 : 1
C. 混合气体的密度不变 D. 混合气体的平均相对分子质量不变
E. 容器的压强不变
②下列说法正确的是________ 。
A. c1= c2 B. Q1= Q2 C. K1= K2 D. α2+α3 < 100%
③如图表示该反应的反应速率v和时间t的关系图：
各阶段的平衡常数如下表所示：
K4、K5、K6、K7之间的关系为_________ （填“>”、“<”或“=”）。反应物的转化率最大的一段时间是_________ 。
（1）CO2可用于合成二甲醚（CH3OCH3）,有关反应的热化学方程式如下：
CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH = -49.0kJ·mol-1,
2CH3OH(g) =CH3OCH3(g)+ H2O(g) ΔH =-23.5kJ·mol-1,
则CO2与H2反应合成二甲醚的热化学方程式为
（2）若反应2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+ H2O(g)在某温度下的化学平衡常数为400，此温度下，在密闭容器中加入一定量甲醇，反应进行到某时刻，测得各物质的浓度如表所示：| 物质 | CH3OH(g) | CH3OCH3(g) | H2O(g) |
| 浓度（mol·L-1） | 0.44 | 0.60 | 0.60 |
②比较该时刻正、逆反应速率的大小：v（正）
③若加入甲醇后经 10 min 反应达到平衡，则平衡后c（CH3OH）=
（3）工业上合成甲醇的反应：CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH =-90.8kJ·mol-1，若在温度相同、容积均为2L的3个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时如下：| 容器 | 甲 | 乙 | 丙 |
| 反应物投入量 | 1molCO、2 mol H2 | 1 mol CH3OH | 2 mol CO、4 mol H2 |
| CH3OH的浓度（mol/L） | c1=0.25 | c2 | c3 |
| 反应的能量变化 | 放出Q1 kJ | 吸收Q2 kJ | 放出Q3 kJ |
| 平衡常数 | K1 | K2 | K3 |
| 反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
A. v正（H2）= 2v逆（CH3OH） B. n(CO)﹕n(H2)﹕n(CH3OH)=1﹕2 : 1
C. 混合气体的密度不变 D. 混合气体的平均相对分子质量不变
E. 容器的压强不变
②下列说法正确的是
A. c1= c2 B. Q1= Q2 C. K1= K2 D. α2+α3 < 100%
③如图表示该反应的反应速率v和时间t的关系图：
各阶段的平衡常数如下表所示：
| t2～t3 | t4～t5 | t5～t6 | t7～t8 |
| K4 | K5 | K6 | K7 |
I.贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4等有机化工产品的反应。温度为TK时发生以下反应：2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H＝－566 kJ·mol-1
2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l) △H＝－571.6 kJ·mol-1
CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－890 kJ·mol-1
(1)温度为TK时，催化由CO、H2合成CH4反应的热化学方程式为___________ 。
(2)已知温度为TK时CH4(g)＋2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) △H＝＋165 kJ·mol－1的活化能为485.2kJ/mol，则其逆反应的活化能为________ kJ/mol。
II.对于反应CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g) △H＝－41 kJ·mol-1进行以下研究：
(3)TK时，向一恒压密闭容器中充入等物质的量的CO(g)和H2O(g)发生上述反应，测得CO(g)物质的量分数随时间变化如下表所示：
若初始投入CO为2 mol，恒压容器容积10 L，用H2O(g)表示该反应0~5分钟内的速率υ(H2O(g)=_____ ，6分钟时，仅改变一种条件破坏了平衡，则改变的外界条件为___________ 。
(4)已知700K时，在恒容密闭容器中，充入等物质的量的CO和H2O(g)，发生上述反应，平衡CO体积分数为
，则反应的平衡常数K＝______ 。
(5)在400K、500K时进行上述反应，其中CO和H2的分压随时间变化关系如右图所示，催化剂为氧化铁。实验初始时体系中的p(H2O)和p(CO)相等、p(CO2)和p(H2)相等。
400K时p(H2)随时间变化关系的曲线是______ ，500K时p(CO)随时间变化关系的曲线是_______ 。(填字母序号)
III.在催化剂的作用下发生反应CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g)，是合成甲醇的一种方法。
(6)某温度下，将2 mol CO与5 mol H2的混合气体充入容积为2 L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。经过5 min后，反应达到平衡，此时转移电子6 mol。若保持体积不变，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此时υ(正)_______ υ(逆)(填“>”“<”或“＝”)。下列不能说明该反应已达到平衡状态的是___________ 。
a.CH3OH的质量不变 b.混合气体的平均相对分子质量不再改变 c.υ(逆)(CO)＝2υ(正)(H2) d.混合气体的密度不再发生改变
2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l) △H＝－571.6 kJ·mol-1
CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－890 kJ·mol-1
(1)温度为TK时，催化由CO、H2合成CH4反应的热化学方程式为
(2)已知温度为TK时CH4(g)＋2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) △H＝＋165 kJ·mol－1的活化能为485.2kJ/mol，则其逆反应的活化能为
II.对于反应CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g) △H＝－41 kJ·mol-1进行以下研究：
(3)TK时，向一恒压密闭容器中充入等物质的量的CO(g)和H2O(g)发生上述反应，测得CO(g)物质的量分数随时间变化如下表所示：
| 时间/min | 0 | 2 | 5 | 6 | 9 | 10 |
| x(CO) | 0.5 | 0.25 | 0.1 | 0.1 | 0.05 | 0.05 |
若初始投入CO为2 mol，恒压容器容积10 L，用H2O(g)表示该反应0~5分钟内的速率υ(H2O(g)=
(4)已知700K时，在恒容密闭容器中，充入等物质的量的CO和H2O(g)，发生上述反应，平衡CO体积分数为
，则反应的平衡常数K＝(5)在400K、500K时进行上述反应，其中CO和H2的分压随时间变化关系如右图所示，催化剂为氧化铁。实验初始时体系中的p(H2O)和p(CO)相等、p(CO2)和p(H2)相等。
400K时p(H2)随时间变化关系的曲线是
III.在催化剂的作用下发生反应CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g)，是合成甲醇的一种方法。(6)某温度下，将2 mol CO与5 mol H2的混合气体充入容积为2 L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g)。经过5 min后，反应达到平衡，此时转移电子6 mol。若保持体积不变，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此时υ(正)a.CH3OH的质量不变 b.混合气体的平均相对分子质量不再改变 c.υ(逆)(CO)＝2υ(正)(H2) d.混合气体的密度不再发生改变
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