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研究表明,在CuZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH...

研究表明,在CuZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1    平衡常数K1  反应

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2 =+41.2kJ•mol-8平衡常数K2  反应

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:

TK

催化剂

CO2转化率%

甲醇选择性%

543

Cat.1

12.3

42.3

543

Cat.2

10.9

72.7

553

Cat.1

15.3

39.1

553

Cat.2

12.0

71.6

 

[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性;转化的CO2中生成甲醇的百分比

(1)合成的甲醇可用于燃料电池的燃料,若电解质为稀烧碱溶液时甲醇燃料电池的正极反应式为________;研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在______极,该电极反应式是________________________________。

(2)从表中实验数据可以分析出,提高CO2转化成CH3OH的选择性的方法有______________。

3反应COg+2H2gCH3OHg)的平衡常数K3=____________(用K1和K2表示)。

(4)在恒压密闭容器中,由CO2和H2进行反应I合成甲醇,在其它条件不变的情况下,探究温度对化学平衡的影响,实验结果如图。

H1_________0填“>”、“<”或“=”

有利于提高CO2平衡转化率的措施有___________填标号

A.降低反应温度

B.投料比不变,增加反应物的浓度

C.增大CO2和H2的初始投料比

D.混合气体中掺入一定量惰性气体不参与反应

5在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0,仅进行反应I

充分反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器的压强与起始压强之比为________用a表示

若经过3h反应达到平衡,平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,则该过程中H2的平均反应速率为____________保留三位有效数字;该温度下反应的化学平衡常数K为____________保留三位有效数字平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数。写出上述反应压力平衡常数KP为____________用P0表示,并化简

 

(1)O2+4e-+2H2O=4OH- 阴 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O (2)使用Cat2催化剂(或理想催化剂) 温度为543K(或降低温度) (3)K1/K2 (4)① < ② A (5)① ②0.5mol·L-1·h-1 0.148(L·mol-1)2 【解析】 试题分析:(1)电解质为稀烧碱溶液时,甲醇燃料电池的正极发生的是氧化反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-;利用CO2在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,此时发生的反应为还原反应,则生成甲醇的反应发生在阴极,该电极反应式是CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。 (2)从表中实验数据可以分析出,使用相同催化剂时温度降低CO2转化成CH3OH的选择性较好,另外在相同温度下,使用Cat.2催化剂CO2转化成CH3OH的选择性好,故提高CO2转化成CH3OH的选择性应选择使用Cat2催化剂(或理想催化剂或温度为543K(或降低温度); (3)根据盖斯定律,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可以看成反应I-反应Ⅱ得到,则反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡常数K3=K1/K2; (4)①温度T2达到平衡时需要的时间短,可知反应速率快,对应的温度T2>T1,但此时水蒸气的含量降低,可知升高温度平衡逆向移动,故△H1<0; ②A.降低反应温度平衡正向移动,有得提高CO2的平衡转化率,正确;B.恒压条件下,投料比不变,增加反应物的浓度,不改变平衡的移动方向,无法提高CO2的转化率,错误;C.恒压条件下,增大CO2和H2的初始投料比,平衡正向移动,H2的转化率提高,但CO2的转化率降低,错误;D.混合气体中掺入一定量惰性气体,不改变平衡的移动方向,无法提高CO2的转化率,错误;答案为A。 (5)在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0,仅进行反应I。 ①由化学平衡的三段模式法计算可知, CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) 起始 1 3 0 0 变化 a 3a a a 平衡 1-a 3-3a a a 根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比, 则容器内的压强与起始压强之比为=(1-a+3-3a+a+a):(1+3)=(2-a):2,。 ②若经过3h反应达到平衡,平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,即(1-a+3-3a+a+a)=3.00mol,解得a=0.5mol,则该过程中H2的平均反应速率为=0.500mol·L-1·h-1;该温度下反应的化学平衡常数K为=0.148(L·mol-1)2;CO2的平衡分压为P0,H2的平衡分压为P0,CH3OH的平衡分压为P0,H2O的平衡分压为P0,上述反应压力平衡常数KP为=。 【考点定位】考查化学平衡与电解原理,涉及平衡的移动、平衡常数的计算等。 【名师点晴】本题考查影响化学平衡的因素,化学图像的分析与判断,化学计算等知识。该题是对化学平衡的集中考查,涉及的知识点不多,解题的关键点是看懂图像的含义,看图像时:①一看面:纵坐标与横坐标的意义;②二看线:线的走向和变化趋势;③三看点:起点,拐点,终点,然后根据图象中呈现的关系、题给信息和所学知识相结合,做出符合题目要求的解答。  
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考点分析:
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现有如下溶液:

1.0mL0.10mol•L-1双氧水

1.0mL0.20mol•L-1双氧水

3.0mL0.10mol•L-1KMnO4溶液 

3.0mL0.010mol•L-1KMnO4溶液。

所有实验均需加入1.0mL稀硫酸足量,依据褪色时间长短判定反应速率快慢:

(1)写出发生反应的离子方程式_________________________;若某反应的化学方程式为2KMnO4+9H2O2+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+7O2+12H2O,则该反应的氧化剂为______________,若有9molH2O2参加该反应,则反应转移电子数目为___________;

(2)某温度下,若要探究反应物浓度对反应速率的影响,则应选择试剂______进行实验填序号

(3)某温度下,某同学按照(2)中选择试剂进行实验,褪色时间为5s:

计算以H2O2表示的反应速率为___________;

进行实验过程中,该同学发现颜色变化会出现先慢后快并突然褪色的现象。为此该同学又进行了一次平行实验,只是加入少量MnSO4固体,结果溶液立即褪色,请推测颜色变化会出现先慢后快并突然褪色的现象的原因___________;

4某同学在不同温度下,分别取两份等体积不同浓度的双氧水与等量KMnO4溶液进行反应,绘制出cH2O2随时间t变化的曲线如图所示,若A、B分别为不同温度时测定的曲线,则_____填“A”或“B”曲线所对应的实验温度高,判断的依据是___________;

 

 

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下表为长式周期表的一部分,其中的编号代表对应的元素。

(1)比较具有相同核外电子排布的简单离子半径大小关系为______________(填化学式);三种元素的第一电离能由大到小的顺序为____________填元素符号,写出原子序数和元素相差2且元素同族的元素基态原子的外围电子排布式____________。

(2)在元素形成的原子个数比为1:1的四原子分子中,原子的杂化方式为____________。其分子中δ和π键数目之比为____________。

(3)元素的某种氢化物甲分子中含有18个电子,甲为二元弱碱,在水中的电离方程式与氨相似。写出甲在水中的第一步电离的电离方程式____________。甲在微电子工业中,可作刻蚀剂H2O2的清除剂,二者发生反应的产物不污染环境,其化学方程式为____________。

4元素形成分子乙的结构与元素形成的最简单分子丙相似,乙的VSEPR模型为___________,解释丙的沸点高于乙的原因____________。

5可用赤血盐K3[FeCN6]检验元素的+2价阳离子,写出该反应的离子方程式___________,元素的阴离子与元素的+2价离子形成化合物丁,将3molCl2通入含4mol丁的溶液,用一个离子方程式表示该反应过程为____________。

(6)晶胞有两个基本要素:

原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,下图为组成的离子化合物戊的晶胞,其中三个离子白色球坐标参数A为0,0,0;B为,0,;C为,0。则D离子黑色球的坐标参数为_____。

晶胞参数,描述晶胞的大小和形状,已知戊的晶胞参数apm,则晶胞中B和D离子的距离为______pm。

 

 

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与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,请回答下列问题:

1该电池放电时生成+3价铁的化合物,则电池放电时正极的电极反应式为____________________;

2完成制备电池正极材料过程中某一反应的化学方程式:

________FeCl3+________NaOH+________NaClO=________Na2FeO4+________+________

3FeO42-具有强氧化性,在其钾盐溶液中加入稀硫酸,溶液变为黄色,并有无色气体产生,该反应的离子方程式为____________________。

 

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用铅蓄电池连接惰性电极电解一定量的CuSO4溶液,请回答下列问题:

1铅蓄电池放电时正极的电极反应式为________________________________;

(2)惰性电极电解CuSO4溶液的离子方程为_____________________;

(3)若电解一段时间后向电解池溶液中加入1molCuOH2·CuCO3,可以使该溶液恢复至原来的浓度和体积,则在该电解过程中转移电子的数目为___________,该电解过程中铅蓄电池中消耗的H2SO4和电解池中生成的H2SO4的物质的量之比为____________。

 

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COCl2的分解反应为COCl2gCl2g+COg。将一定量COCl2g和Cl2g放入一密闭容器中,2min时达到平衡后,各物质的物质的量在不同条件下的变化情况如下图所示。

 

下列相关说法中不正确的是

A.1min时以CO表示的逆反应速率小于3min时以CO表示的正反应速率

B.若在6min时改变的条件为升高温度,则反应的平衡常数K增大

C.12min时改变的条件可为减小CO的浓度,16min时改变的条件可为增大反应容器的体积

D.以CO表示在4~5min、10~11min和12~13min时平均反应速率为v4~5<v10~11<v12~13

 

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