碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是理想,更是一種值得期待的新的生活方式,請(qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì).
(1)近年來,我國儲(chǔ)氫納米碳管研究取得重大進(jìn)展,用電弧法合成的碳納米管中常伴有大量碳納米顆粒(雜質(zhì)),這種碳納米顆?捎醚趸瘹饣ㄌ峒,其反應(yīng)化學(xué)方程式為:
 
C+
 
K2Cr2O7+
 
 
CO2↑+
 
K2SO4+
 
Cr2(SO43+
 
H2O
請(qǐng)完成并配平上述化學(xué)方程式.其中氧化劑是
 
,氧化產(chǎn)物是
 

(2)甲醇是一種新型燃料,甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn).工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-116kJ?mol-1
①已知:CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)
△H2=-283kJ?mol-1
H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(g)
△H3=-242kJ?mol-1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為
 
;精英家教網(wǎng)
②在容積為1L的恒容容器中,分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律.如圖是上述三種溫度下不同的H2和CO的起始組成比(起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系.
請(qǐng)回答:
。┰谏鲜鋈N溫度中,曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是
 

ⅱ)利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=
 

③在某溫度下,將一定量的CO和H2投入10L的密閉容器中,5min時(shí)達(dá)到平衡,各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度(mol?L-1)變化如下表所示:
0min 5min 10min
CO 0.1 0.05
H2 0.2 0.2
CH3OH 0 0.04 0.05
若5min~10min只改變了某一條件,所改變的條件是
 
;且該條件所改變的量是
 
分析:(1)反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià),Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià),結(jié)合質(zhì)量守恒定律以此配平;
得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑,失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑,還原劑對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物是氧化產(chǎn)物;
(2)①根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學(xué)方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學(xué)方程式;
②根據(jù)K=
c(CH3OH)
c(CO).c2(H2)
;
③根據(jù)5min和10min時(shí)各物質(zhì)濃度的變化來確定改變條件.
解答:解:(1)反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià),Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià),由電子守恒可知,C的化學(xué)計(jì)量數(shù)為3,K2Cr2O7的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2,由質(zhì)量守恒定律可知,配平后的化學(xué)反應(yīng)為3C+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CO2+2K2SO4+2Cr2(SO43+8H2O,Cr元素的化合價(jià)降低,則K2Cr2O7為氧化劑,C元素的化合價(jià)升高,則CO2為氧化產(chǎn)物,
故答案為:3;2;8H2SO4;3;2;2;8;K2Cr2O7;CO2;   
(2)①根據(jù)反應(yīng)①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H1=-116kJ?mol-1,
②CO(g)+
1
2
O2(g)═CO2(g)△H2=-283kJ?mol-1
③H2(g)+
1
2
O2(g)═H2O(g)△H3=-242kJ?mol-1,
根據(jù)蓋斯定律:①-②-③×2得:CH3OH(g)+
3
2
O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-651kJ?mol-1
故答案是:CH3OH(g)+
3
2
O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-651kJ?mol-1;
②。└鶕(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小,所以曲線Z為270℃,
故答案為:270℃;
ⅱ)起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol,根據(jù)氫氣和一氧化碳的物質(zhì)的量之比知,氫氣的物質(zhì)的量為1.5mol,
一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%,所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量是0.5mol,氫氣參加反應(yīng)的物質(zhì)的量是1mol,剩余氫氣的物質(zhì)的量是0.5mol,剩余CO的物質(zhì)的量是0.5mol,生成甲醇的物質(zhì)的量是0.5mol,c(CO)=n(H2)=n(CH3OH)=0.5mol/L,K=
0.5
0.5×(0.5)2
L2/mol2=4L2/mol2,
故答案為:4 L2/mol2;
③反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),根據(jù)反應(yīng)方程式知各物理量之間的關(guān)系式知,c(CO)=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L,
C(H2)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L,10min時(shí),c(CO)減小,c(H2)增大,c(CH3OH)增大,
則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),但氫氣濃度增大,所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度,氫氣濃度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L,
故答案為:增大H2的濃度;增大了0.1 mol?L-1
點(diǎn)評(píng):本題考查了化學(xué)平衡移動(dòng)原理、蓋斯定律、氧化還原反應(yīng)的配平等知識(shí)點(diǎn),氧化還原反應(yīng)根據(jù)得失電子相等進(jìn)行配平即可,難點(diǎn)化學(xué)平衡移動(dòng)的分析,要結(jié)合濃度該變量來確定改變條件,難度中等.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

近年來,碳和碳的化合物在生產(chǎn)生活實(shí)際中應(yīng)用廣泛.
(1)甲烷燃燒放出大量的熱,可作為能源用于人類的生產(chǎn)和生活.
已知 ①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)△H1=-1214.6kJ?mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ?mol-1
則反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)的△H=
-890.3 kJ?mol-1
-890.3 kJ?mol-1

(2)若用石墨做電極電解500ml飽和食鹽水,寫出電解反應(yīng)的離子方程式為:
2Cl-+2H2O
 通電 
.
 
H2↑+Cl2↑+2OH-
2Cl-+2H2O
 通電 
.
 
H2↑+Cl2↑+2OH-
,電解一段時(shí)間后兩極共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1.12L(不考慮氣體的溶解).停止通電,假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變,則所得溶液的pH=
13
13

(3)0.10mol/L硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分?jǐn)嚢,有淺藍(lán)色氫氧化銅沉淀生成,當(dāng)溶液的pH=8時(shí),c(Cu2+)=
2.2×10-8
2.2×10-8
mol?L-1(Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20).
(4)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中,進(jìn)行反應(yīng)CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),得到如表三組數(shù)據(jù):
實(shí)驗(yàn)組 溫度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 達(dá)到平衡所
需時(shí)間/min
H2O CO CO2 CO
1 650 2 4 1.6 2.4 5
2 900 1 2 0.4 1.6 3
3 900 a b c d t
①實(shí)驗(yàn)1中以υ(H2) 表示的反應(yīng)速率為
0.16 mol/(L?min)
0.16 mol/(L?min)

②實(shí)驗(yàn)2中的平衡常數(shù)是
0.17
0.17
 (計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)).
③該反應(yīng)的正反應(yīng)為
(填“吸”或“放”)熱反應(yīng).
④若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等),則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是
b=2a
b=2a
 (用含a、b的數(shù)學(xué)式表示).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

(2013?通州區(qū)二模)碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一種理想,更是一種值得期待的新的生活方式.
(1)將CO2與焦炭作用生成CO,CO可用于煉鐵等.
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol
則CO還原Fe2O3的熱化學(xué)方程式為
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5kJ/mol
;
②氯化鈀(PdCl2)溶液常被應(yīng)用于檢測空氣中微量CO.PdCl2被還原成單質(zhì),反應(yīng)的化學(xué)方程式為
PdCl2+CO+H2O=Pd+CO2+2HCl
PdCl2+CO+H2O=Pd+CO2+2HCl
;
(2)將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中,向兩極分別通入C3H8和O2構(gòu)成丙烷燃料電池.
①負(fù)極電極反應(yīng)式是:
C3H8-20e-+26OH-=3CO32-+17H2O
C3H8-20e-+26OH-=3CO32-+17H2O
;
②某同學(xué)利用丙烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe(OH)2的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示),通電后,溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀,且較長時(shí)間不變色.下列說法中正確的是
ABD
ABD
(填序號(hào))
A.電源中的a一定為正極,b一定為負(fù)極
B.可以用NaCl溶液作為電解液
C.A、B兩端都必須用鐵作電極
D.陰極發(fā)生的反應(yīng)是:2H++2e-=H2
(3)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中,進(jìn)行反應(yīng):
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),得到如下三組數(shù)據(jù):
實(shí)驗(yàn)組 溫度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
H2O CO CO2
1 650 2 4 1.6 5
2 900 1 2 0.4 3
3 900 1 2 0.4 1
①該反應(yīng)的正反應(yīng)為
放熱
放熱
(填“吸”或“放”)熱反應(yīng);
②實(shí)驗(yàn)2中,平衡常數(shù)K=
1
6
1
6
;
③實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比,改變的條件可能是
使用了催化劑;加大了壓強(qiáng)
使用了催化劑;加大了壓強(qiáng)
(答一種情況即可);
(4)將2.4g碳在足量氧氣中燃燒,所得氣體通入100mL 3.0mol/L的氫氧化鈉溶液中,完全吸收后,溶液中所含離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序
c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+
c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

(2010?順義區(qū)一模)近年來,碳和碳的化合物在生產(chǎn)生活實(shí)際中應(yīng)用廣泛.
(1)甲烷燃燒放出大量的熱,可作為能源用于人類的生產(chǎn)和生活.
已知 ①2CH4(g)+3O2(g)=2CO (g)+4H2O(l)△H1=-1214.6KJ/mol
②2CO (g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ/mol
則反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O (l) 的△H=
-890.3KJ/mol
-890.3KJ/mol

(2)將兩個(gè)石墨電極插人KOH溶液中,向兩極分別通入CH4和O2,構(gòu)成甲烷燃料電池.通入CH4的一極,其電極反應(yīng)式是:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;通入O2的一極,其電極反應(yīng)式是
O2+4e_+2H2O=4OH-
O2+4e_+2H2O=4OH-

(3)若用石墨做電極電解500ml飽和食鹽水,寫出電解反應(yīng)的離子方程式為:
2Cl-+2H2O
 通電 
.
 
H2↑+Cl2↑+2OH-
2Cl-+2H2O
 通電 
.
 
H2↑+Cl2↑+2OH-
;電解一段時(shí)間后兩極共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1.12L(不考慮氣體的溶解).停止通電,假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變,則所得溶液的pH=
13
13

(4)將不同量的CO (g) 和H2O (g) 分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中,進(jìn)行反應(yīng)
CO (g)+H2O (g)?CO2(g)+H2(g),得到如下三組數(shù)據(jù):
實(shí)驗(yàn)組 溫度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 達(dá)到平衡所
需時(shí)間/min
H2O CO CO2 CO
1 650 2 4 1.6 2.4 5
2 900 1 2 0.4 1.6 3
3 900 a b c d t
①實(shí)驗(yàn)1中以υ(H2) 表示的反應(yīng)速率為
0.16mol?(L?min)-1
0.16mol?(L?min)-1

②實(shí)驗(yàn)2中的平衡常數(shù)是
0.17
0.17
 (計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)).
③該反應(yīng)的正反應(yīng)為
(填“吸”或“放”)熱反應(yīng).
④若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等),則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是
b=2a>l(或a>0.5,b=2a;或b>1,b=2a)
b=2a>l(或a>0.5,b=2a;或b>1,b=2a)
 (用含a、b的數(shù)學(xué)式表示).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一種理想,更是一種值得期待的新的生活方式.
(1)甲烷燃燒放出大量的熱,可作為能源用于人類的生產(chǎn)和生活.
已知:
①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)△H1=-1214kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566kJ/mol
則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890KJ.mol-1
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890KJ.mol-1

(2)將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中,向兩極分別通入CH4和O2,構(gòu)成甲烷燃料電池.其負(fù)極電極反應(yīng)式是:
CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O
CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O

(3)某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe(OH)2的實(shí)驗(yàn)裝置(如下圖所示),通電后,溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀,且較長時(shí)間不變色.下列說法中正確的是
BD
BD
(填序號(hào))
A.電源中的a一定為正極,b一定為負(fù)極
B.可以用NaCl溶液作為電解液
C.A、B兩端都必須用鐵作電極
D.陰極發(fā)生的反應(yīng)是:2H++2e-=H2
(4)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中,進(jìn)行反應(yīng):CO(g)+H2O(g)
高溫
CO2(g)+H2(g),得到如下三組數(shù)據(jù):
實(shí)驗(yàn)組 溫度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
H2O CO CO2
1 650 2 4 1.6 5
2 900 1 2 0.4 3
3 900 1 2 0.4 1
①實(shí)驗(yàn)1中,以v (H2)表示的平均反應(yīng)速率為
0.16mol/(L?min)
0.16mol/(L?min)

②實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比,改變的條件可能是
使用了催化劑(或加大了壓強(qiáng))
使用了催化劑(或加大了壓強(qiáng))
(答一種情況即可).

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