1、
CO在工农业生产中有着重要的应用。
(1)CO是制备很多有机物(如甲醇、乙醇、甲醚等)的原料,现用CO与H2合成甲醇,反应如下:CO(g)+2H2(g)= CH3OH(g) △H=-99kJ•mol–1。
①已知断裂1molCO(g)中的化学键消耗的能量为1072kJ,断裂1molH2(g)中的化学键消耗的能量为436kJ,则形成1molCH3OH(g)中化学键释放的能量为_____。
②用CH3OH 燃料电池电解精炼粗铜,装置如图所示。当消耗1mol甲醇时,d极质量增加了160g,则甲醇应加入____(填“a”或“b”)极,该电池的能量转化率为________(保留3位有效数字)。
(2)CO与Ni发生羰化反应形成的络合物可作为催化烯烃反应的催化剂。Ni的羰化反应为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) △H<0,T0温度下,将足量的Ni粉和3.7molCO加入到刚性密闭容器中,10min时反应达到平衡,测得体系的压强为原来的倍。则:
①0~10min内平均反应速率v(Ni)=________g•min–1。
②研究表明正反应速率v正=k正•x4(CO),逆反应速率v逆 =k逆•x[Ni(CO)4](k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数,x为物质的量分数),则T0温度下,=_____。
③当温度升高时k正_______k逆(填“大于”“小于”或“等于”),此时CO的转化率___________(填“变大”“变小”或“不变”)。
④T1温度下测得一定的实验数据,计算得到v正~x(CO)和v逆~x[Ni(CO)4]的关系可用如图进行表示。当降低温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为______、______。
2043kJ b 83.3% 5.31 9×103(或9000) 小于 变小 D B
(1)②本题为原电池和电解池的简单串联问题的考核。根据电解原理,d电极质量增加,说明发生了Cu2++2e-=Cu的反应,据此可判断原电池的正负极。根据析出的Cu质量,计算电解池中转移的电子数,据此可求出电池的能量转化率。
(1)①利用ΔH=破坏旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量,设形成1molCH3OH(g)中化学键释放的能量为x,则,x=2043kJ。答案为:2043kJ;
②d极质量增加160g,说明d极为阴极,与电源的负极相连,即b极为燃料电池的负极,而燃料从负极加入,所以甲醇应加入b极。d极质量增加160g,析出Cu为2.5mol,转移电子为;而加入1mol甲醇,由CH3OH~6e-,所以电池的能量转化率=。答案为:b;83.3%;
(2)设平衡时Ni(CO)4的物质的量为x,根据题意列出反应的三段式:
温度一定,刚性密闭容器即V一定,根据T、V相同时,,所以,即,x=0.9。
①0~10min内反应掉的Ni为0.9mol,其质量为53.1g,所以0~10min内平均反应速率v(Ni)=。答案为:5.31;
②由以上分析可知,T0温度下平衡时n(CO)=0.1mol,n[Ni(CO)4]=0.9mol,气体总物质的量n总=1mol,则x(CO)=0.1,x[Ni(CO)4]=0.9。平衡时v正=v逆,即k正•x4(CO)=k逆•x[Ni(CO)4],。答案为:9×103(或9000);
③由于反应放热,当温度升高时平衡逆向移动,即温度升高对逆反应速率常数影响大,所以k正<k逆;由于平衡逆向移动,所以CO的转化率变小;答案为:<;变小;
④由于反应放热,温度降低,平衡正向移动,导致v正、v逆均减小,x(CO)减小,x[Ni(CO)4]增大,所以反应重新达到平衡相应的点分别为D、B。答案为:D;B。
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