组卷网 > 高中化学综合库 > 化学反应原理 > 化学反应的热效应 > 化学反应热的计算 > 盖斯定律及其有关计算
题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:365 题号:15547313
碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究。下面是CO2转化为高附加值化学品的反应。相关反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) H1
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H2=-90.0kJ·mol-1
反应Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H3=-49.0kJ·mol-1
反应Ⅳ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H4=-165.0kJ·mol-1
反应Ⅴ:2CO2g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H5=-122.7kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅲ一般认为通过反应Ⅰ、Ⅱ来实现,则反应Ⅰ的H1=____kJ·mol-1;已知:由实验测得反应Ⅰ的v=kc(CO2)·c(H2),v=k·c(H2O)·c(CO)(k、k为速率常数,与温度、催化剂有关)。若平衡后升高温度,则=____(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(2)在2L恒容密闭容器中充入总物质的量为8mol的CO2和H2发生反应Ⅲ,改变氢碳比,在不同温度下反应达到平衡状态,测得的实验数据如表:
温度/K
CO2转化率
500600700800
145332012
260432815
383624022
①下列说法中正确的是____(填英文字母)。
A.增大氢碳比,平衡正向移动,平衡常数增大
B.v(CH3OH)=v(CO2)时,反应达到平衡
C.当混合气体平均摩尔质量不变时,达到平衡
D.当混合气体密度不变时,达到平衡
②在700K、氢碳比为3.0的条件下,某时刻测得容器内CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为2mol、2mol、1mol和1mol,则此时正反应速率和逆反应速率的关系是_____(填英文字母)。
A.v(正)>v(逆)             B.v(正)<v(逆)       C.(正)=r(逆)          D.无法判断
(3)CO2在一定条件下催化加氢生成CH3OH,主要发生三个竞争反应(即反应Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),为分析催化剂对反应的选择性,在1L恒容密闭容器中充入2.0molCO2和5.3molH2,测得反应进行相同时间后,有关物质的物质的量随温度变化如图所示:

①该催化剂在较低温度时主要选择反应____(“Ⅲ”或“Ⅳ”或“Ⅴ”)。研究发现,若温度过高,三种含碳产物的物质的量会迅速降低,其主要原因可能是:____
②在一定温度下达到平衡,此时测得容器中部分物质的含量为:n(CH4)=0.1mol,n(C2H4)=0.4mol,n(CH3OH)=0.5mol。则该温度下反应Ⅲ的平衡常数K(Ⅲ)=____L2/mol2(保留两位小数)。
(4)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。欲用1LNa2CO3溶液将2.33gBaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为____mol/L(已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10-11,Ksp(BaCO3)=1×10-10。忽略溶液体积的变化,保留两位有效数字)。
(5)研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示。温度小于900℃时进行电解反应,碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应式为2CO-4e-=2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应式为____

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【推荐1】
(1)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热H分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1.那么用太阳能分解10mol水消耗的能量是___________kJ;
(2)由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(i)CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) ΔH1 = -90.1kJ•mol-1
(ii)CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2 = -49.0kJ•mol-1
水煤气变换反应:
(iii)CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2 (g) ΔH3 = -41.1kJ•mol-1
二甲醚合成反应:
(iV)2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH4 = -24.5kJ•mol-1
则由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为___________
(3)在容积为1.00L的容器中,通入一定量N2O4,发生N2O4(g)2NO2(g), 100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0~60s时段,v(N2O4)=___________

(4)已知反应2HI(g)=H2(g) + I2(g)的ΔH= +11kJ·mol-1,1molH2(g)、1mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为___________kJ。在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表
t/min020406080120
x(HI)10.910.850.8150.7950.784

上述反应中,正反应速率为v= k·x2(HI),逆反应速率为v=k·x(H2)·x(I2),其中k、k为速率常数, 若k = 0.0027min-1,在t=40min时,v=___________min-1
2018-03-23更新 | 445次组卷
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【推荐2】环氧乙烷常用于一次性口罩生产过程中灭菌和新冠病毒的消杀,工业上常利用乙烯直接氧化法生产环氧乙烷(),发生的反应如下。
主反应Ⅰ:2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) ΔH1=-210kJ·mol-1
副反应Ⅱ:CH2=CH2(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1324kJ·mol-1
副反应Ⅲ:2(g)+5O2(g)4CO2(g)+4H2O(g) ΔH3
已知:环氧乙烷选择性是指乙烯进行反应Ⅰ生成环氧乙烷的优势。
(1)ΔH3=__kJ·mol-1
(2)①图1是乙烯转化率、环氧乙烷选择性与流速关系的图象,图中随进料气的流速加快,乙烯的转化率下降,其可能原因是__

②图2是乙烯转化率、环氧乙烷选择性与压强关系的图象,图中当反应体系的压强高于2.4MPa,环氧乙烷选择性下降,其可能原因是__
(3)实验测得反应Ⅰ中,υ=K·x2(CH2=CH2)·x(O2),υ=K·x2(),(式中x为物质的量分数;KK为速率常数,只与温度有关)。
①若在1L的密闭容器中充2molCH2=CH2(g)和1molO2(g),在一定温度下只发生反应I,达到平衡时CH2=CH2的转化率为75%,则该反应平衡常数的值为__
②若平衡后仅升高温度,则下列说法正确的是___
A.x(CH2=CH2)增大,x()减小
B.KK的比值增大
C.υ减小,υ增大
D.KK的比值减小
(4)将乙烯与饱和食盐水的电解产物反应,转化为氯乙醇[CH2(OH)CH2Cl],氯乙醇进一步反应生成环氧乙烷,其电解简易装置如图所示。

已知:CH2=CH2+H2O+Cl2→CH2(OH)CH2Cl+HCl
①a电极为__(选填“阴极”或“阳极”),其电极反应式为:__
②b电极区域生成环氧乙烷的化学方程式为__
2020-06-19更新 | 161次组卷
【推荐3】CO2的资源化可以推动经济高质量发展和生态环境质量的持续改善。由CO2合成甲醇是CO2资源化利用的重要方法。
Ⅰ.合成甲醇
(1)由CO2催化加氢合成甲醇醇。
①一定条件下,由CO2和H2制备甲醇的过程中有下列反应:
反应1:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1
反应2:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2
反应3:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3
其对应的平衡常数分别为K1K2K3,它们随温度变化的曲线如图所示。

①则△H2____H3(填“>”“<”或“=”)。
②对于上述CO2加氢合成CH3OH的反应体系,下列说法不正确的是____(填字母)。
a.增大初始投料比,有利于提高CO2的转化率
b.当气体的平均摩尔质量保持不变时,说明反应体系已达平衡
c.体系达平衡后,若压缩容器体积,则反应1平衡不移动,反应3平衡正向移动
d.选用合适的催化剂可以提高反应3中CO2的平衡转化率
(2)电化学原理将CO2转化为甲醇。
在光电催化条件下可以高效地将CO2和H2O转化为甲醇,从电极反应的角度分析:
①甲醇在____(填“阴”或“阳”)极生成;
②氧化反应为____
Ⅱ.甲醇是重要的化工原料,也可用作甲醇燃料电池。以稀硫酸为电解质溶液,甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

(3)该电池工作时,c口通入的物质是_____
(4)该电池负极的电极反应式是_____
2022-04-01更新 | 291次组卷
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