则总反应可表示为 H2O+CO2H2+CO+O2 。
【考点】BH:原电池和电解池的工作原理;CB:化学平衡的影响因素;CP:化学平衡的计算;DA:pH的简单计算.
【分析】(1)K2=
﹣
=5×10
2﹣
+
﹣11
,则c(H)=
+
,当c
(HCO3)=c(CO3),c(H)=5×10(HCO3)<<c(CO3); K2=
﹣﹣
﹣11
,pH在10.3,如果溶液的pH=13,则c
2﹣
=5×10
2﹣
﹣11
,溶液pH=10,c(H)=10
+﹣10
mol/L,计算所得溶
液c(HCO3):c(CO3);
(2)①①C(s)+2H2(g)═CH4(g)△H=﹣75kJ?mol ②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=﹣394kJ?mol ③C(s)+O2(g)=CO(g)△H=﹣111kJ?mol
将方程式2③﹣①﹣②得CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H进行相应的改变;
要提高CH4平衡转化率应该使平衡正向移动,但是不能通过增大甲烷浓度实现; 达到平衡时CO2的转化率是50%,根据方程式知,参加反应的n(CO2)=n(CH4)=1mol×50%=0.5mol,生成的n(CO)=n(H2)=1mol, 该化学反应CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g), 开始(mol/L)1 0.5 0 0 反应(mol/L)0.25 0.25 0.5 0.5 平衡(mol/L)0.75 0.25 0.5 0.5 化学平衡常数K=
;
﹣1﹣1
﹣1
②消碳反应越容易发生,催化剂活性越好,消碳反应所需活化能越低,消碳反应越容易进行;
(3)电解池阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,根据与X极相连的电极产生的气体判断,阴极产生H2、CO,阳极产生氧气,电解池阴极发生还原反应,电解H2O﹣CO2
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2﹣
混合气体制备H2和CO,阴极:水中的氢原子得到电子生成氢气,H2O+2e═H2↑+O,二氧化碳得到电子生成一氧化碳,CO2+2e═CO+O; 【解答】解:(1)K2=
﹣
﹣
﹣
2﹣
=5×10
2﹣
+
﹣11
,则c(H)=
+
,
当c(HCO3)=c(CO3),c(H)=5×10
﹣
﹣11
,pH在10.3,如果溶液的pH=13,
2﹣
则c(HCO3)<<c(CO3),所以该溶液中所得阴离子为CO3, K2=
﹣
2﹣
=5×10
2﹣
﹣11
,溶液pH=10,c(H)=10
+﹣10
mol/L,计算所得溶
液c(HCO3):c(CO3)=2:1, 故答案为:CO3;2:1;
(2)①①C(s)+2H2(g)═CH4(g)△H=﹣75kJ?mol ②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=﹣394kJ?mol ③C(s)+O2(g)=CO(g)△H=﹣111kJ?mol
将方程式2③﹣①﹣②得CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=2(﹣111kJ?mol)﹣(﹣75kJ?mol)﹣(﹣394kJ?mol)=+247kJ/mol;
要提高CH4平衡转化率应该使平衡正向移动,但是不能通过增大甲烷浓度实现,该反应的正反应是一个反应前后气体体积增加的吸热反应,升高温度、减小压强能使平衡正向移动,增大甲烷转化率,故选C。
达到平衡时CO2的转化率是50%,根据方程式知,参加反应的n(CO2)=n(CH4)=1mol×50%=0.5mol,生成的n(CO)=n(H2)=1mol, 该化学反应CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g), 开始(mol/L)1 0.5 0 0 反应(mol/L)0.25 0.25 0.5 0.5 平衡(mol/L)0.75 0.25 0.5 0.5 化学平衡常数化学平衡常数K=故答案为:+247;C;;
②根据表中数据知,催化剂X较催化剂Y,积碳反应时,活化能低,反应速率快,消碳反应时,活化能高,反应速率慢,综合考虑,催化剂X较催化剂Y更利于积碳反应,不
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﹣1
﹣1
﹣1
﹣1﹣1
﹣1
2﹣
==;
利于消碳反应,会降低催化剂活性;
故答案为:劣于;催化剂X较催化剂Y,积碳反应时,活化能低,反应速率快,消碳反应时,活化能高,反应速率慢,综合考虑,催化剂X较催化剂Y更利于积碳反应,不利于消碳反应,会降低催化剂活性;
(3)①根据图示知:与X相连的电极产生CO,电解H2O﹣CO2混合气体,二氧化碳得到电子生成一氧化碳,发生还原反应,电解池阴极发生还原反应,所以X是电源的负极, 故答案为:负;
②电解H2O﹣CO2混合气体制备H2和CO,根据图示知:阴极产生H2、CO,阳极产生氧气,所以总反应为:H2O+CO2故答案为:H2O+CO2
H2+CO+O2,
H2+CO+O2。
【点评】本题考查化学反应原理,涉及盖斯定律、化学平衡计算、外界条件对化学平衡影响、原电池原理等知识点,侧重考查学生分析、推断及图象分析能力,正确理解题给信息是解本题关键,掌握基础是解题关键,题目难度中等。
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2019年天津市南开区高考化学二模试卷 带答案详解
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