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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷99
人类的生存与发展都和能源有密切关系,其中煤炭的能源利用是人类最早开发的能源之一。在现代化工业中,煤炭的气化是以煤炭为原料,在高温高压下使煤炭中的有机物质和气化剂发生一系列的化学反应,使固体的煤炭转化成可燃性气体的生产过程。生要反应如下:
Ⅰ.C(s)+CO2(g)=2CO(g) ∆H1=+172.8kJ·mol-1
Ⅱ.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ∆H2=+131.8kJ·mol-1
Ⅲ.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H3=-41.0kJ·mol-1
Ⅳ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ∆H4
回答下列问题:
(1)CO2的电子式是___;∆H4=___kJ·mol-1
(2)分别向初始温度为T℃,体职为2L的两个刚性密闭容器中,各充入足量的C(a)和1molH2O(g),一个容器为恒温容器,一个容器为绝热容器,若只发生反应II。两容器中压强随时间的变化关系如图所示:

①图中代表恒温容器的曲线是___(填“L1,"或“L2”)。
②绝热容器中,从反应开始至达到平衡,平均反应速率v(H2O)=__mol·L-1·min-1
③恒温容器中,T°C时,该反应的平衡常数Kp=__kPa(Kp是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数。用含P1的代数式表示)
(3)若在恒温容器中,同时发生以上四个反应,其中C(s)足量。下列说法正确的是__(填序号)。
a.当CO浓度不再发生变化时,容器中所有反应均达到平衡状态
b.缩小容器容积,反应I正反应速率降低,逆反应速率升高,平衡初逆方向移动
c.根据平衡常数公式,若从密闭容器中分离出所有C(s),各气体的浓度保持不变
(4)煤炭是不可再生资源,而在固态金属氧化物电解池中,高温电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。X是电源的___极,阴极的电极反应式有:__
19-20高三上·云南昆明·阶段练习
知识点:化学反应原理综合考查盖斯定律与热化学方程式化学反应条件的控制及优化 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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一碳化学的研究对象是分子中只含一个碳原子的化合物,如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等。在以石油、天然气为基本原料的化学工业里,甲烷是一碳化学的起点。在以煤炭为基本原料的化学工业里,一氧化碳是一碳化学的出发点。一碳化学研究是从这两种原料出发,生产其他化工原料和产品的方法。请回答下列问题:
(1)已知:氧气中O=O键的键能为497 kJ·mol-1,二氧化碳中C=O键的键能为745 kJ·mol-1
①2CO(g) +O2(g)=2CO2(g) ΔH1=-566 kJ·mol-1
②H2O(g) +CO(g)=H2(g) +CO2(g) ΔH2
③2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH3=-1320 kJ·mol-1
④CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH4=-107 kJ·mol-1
则使1molCO(g)完全分解成原子所需要的能量至少为___________kJ,ΔH2=___________kJ·mol-1
(2)一定条件下,将n(CO):n(H2)=1:2的混合气体充入恒温恒容的密闭容器中,发生反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。
①则下列叙述能说明反应达到化学平衡状态的是___________(填标号)。
A.混合气体的密度不再随时间的变化而变化
B.混合气体的平均摩尔质量不再随时间的变化而变化
C.CO、H2的物质的量浓度之比为1:2,且不再随时间的变化而变化
D.若将容器改为绝热恒容容器,体系温度不随时间变化而变化
②下列措施既能提高H2的转化率又能加快反应速率的是___________ (填标号)。
A.升高温度                  B.使用高效催化剂            C.再通入一定量的CO
(3)通常合成甲醇的主要反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g), 在容积为1 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO和2 mol H2,平衡时测得混合气体中CH3OH的物质的量分数[φ(CH3OH)]与温度(T)、压强(p)之间的关系如图所示。

①温度为Tl和T2时对应的平衡常数分别为K1、K2,则K1___________(填“>”、“<”或“=”)K2;温度为T1、压强为p1 kPa时,CH3OH的平衡产率为___________(保留四位有效数字),该反应的平衡常数K=___________
②若在温度为T1、压强为p1 kPa的条件下向上述容器中加入1 mol CO、2 mol H2、1 mol CH3OH,则反应开始时v(CO) ___________ (填“>”、“<”、 “=”或“无法确定”)v(CO)。
(4)工业上常用氨水吸收含碳燃料燃烧中产生的温室气体CO2,其产物之一是NH4HCO3.已知常温下碳酸的电离常数Ka1=4.4 ×10-7、Ka2=4.7 ×10-11,NH3·H2O的电离常数Kb=1.8 × 10-5,则所得的NH4HCO3溶液中c(NH)___________(填“>”、“<”或“=”)c(HCO)。
全球大气CO2浓度升高对人类生产、生活产生了影响,碳及其化合物的资源化利用成为研究热点。回答下列问题:
(1)已知25℃时,大气中的CO2溶于水存在以下过程:
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)H+(aq)+HCO(aq)       K
过程①的H____0(填“>”“<”或“=”)。溶液中CO2的浓度与其在大气中的分压(分压=总压×物质的量分数)成正比,比例系数为ymol·L-1·kPa-1。当大气压强为pkPa,大气中CO2(g)的物质的量分数为x时,溶液中H+的浓度为____mol·L-1(忽略HCO和水的电离)。
(2)二氧化碳甲烷化技术可有效实现二氧化碳的循环再利用,制取CH4的装置如图。温度控制在10℃左右,持续通入二氧化碳,电解时电解质溶液中KHCO3物质的量基本不变。阴极反应为____

(3)焦炭与水蒸气可在高温下反应制H2。
反应I:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) H1=+131.3kJ·mol-1 K1
反应II:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) H2=+90.3kJ·mol-1 K2
反应III:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H3=-41.0kJ·mol-1 K3
①上述反应的化学平衡常数随温度变化的关系如图所示,表示K1、K2、K3的曲线分别是c、________

②研究表明,反应III的速率方程为:v=k[x(CO)·x(H2O)-,x表示相应气体的物质的量分数,Kp为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算),k为反应的速率常数。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下,反应速率随温度的变化如图所示。根据速率方程分析T>Tm时,v逐渐下降的原因是____

(4)甲烷干法重整制H2同时存在如下反应:
主反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2
温度为T℃,压强为P0的恒压密闭容器中,通入2molCH4和1molCO2发生上述反应。平衡时H2O(g)的分压为P,甲烷的转化率为40%。
①下列说法正确的是____(填序号)
A.H1H2不变,说明反应达到平衡状态
B.相同条件下,主反应的速率大于副反应,说明主反应的活化能小
C.选用合适的催化剂可以提高主反应的选择性,增大甲烷的平衡转化率
D.平衡后,若增大压强,主反应平衡逆向移动,副反应平衡不移动
②主反应的平衡常数Kp=____(用含P和P0的计算式表示)。
CO、NO主要来源于汽车尾气,可以利用化学方法将二者转化为无毒无害的物质。
已知:N2(g)+O2(g)2NO(g);ΔH=+180kJ·mol−1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g);ΔH=-564kJ·mol−1
(1)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g);ΔH=___________,该反应在___________下能自发进行(填“高温”“低温”或“任意温度”)。若该反应在绝热、恒容的密闭容器中进行,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___________

(2)T℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中,保持温度和体积不变,反应过程中NO的物质的量随时间变化如图所示。

①已知:平衡时气体的分压=气体的体积分数×体系的总压强,T℃时达到平衡,此时体系的总压强为p=20MPa,则T℃时该反应的压力平衡常数Kp=___________;平衡后,若保持温度不变,再向容器中充入NO和CO2各0.3mol,平衡将___________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
②在15min时,若改变外界反应条件,导致n(NO)发生如图所示的变化,则改变的条件可能是___________(填字母)
A.增大CO浓度        B.升温            C.减小容器体积               D.加入催化剂
(3)在固态金属氧化物电解池中,高温电解H2O­CO2混合气制备H2和CO是一种新的能源利用方式,原理如图所示。

①请写出总反应方程式:___________
②阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是:___________

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