分类4能量平衡电化学综合

分类4能量、平衡、电化学综合(见学生用书P28)过程拆分解法技巧判断电离还是水解比较的常数和利用水解平衡常数等于水的离子积与电离常数的比值求出的另一个常数的大小,谁大谁为主判断电解质的强弱可从是否完全电离,是否存在电离或水解平衡等角度判断勒夏特列原理的核心外界加谁,平衡就减谁,但是不能抵消这种影响电离或水解平衡常数的计算列出比例式,利用条件,通过变形或者某些离子浓度比的特殊值得到与常数的关系,进而求解Ksp的有关计算一定要结合数值,通过分子、分母同乘以某种离子浓度得到和常数的关系,然后直接计算原电池电极反响式的书写先写总反响式,负极为复原剂失电子过程,书写电极反响式按照“一电子、二电荷、三原子〞步骤进行,注意酸性溶液只能添加氢离子,总反响式减去负极反响式得正极反响式电解池电极的判断阳极失电子发生氧化反响,阴极得电子发生复原反响;根据条件或图示,写电极反响式或总反响式;利用电子守恒进行有关计算【大题】(2021·全国Ⅱ卷,28)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。【小做】(1)乙烷在一定条件可发生如下反响:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热ΔH/(kJ·mol-1)-1560-1411-286①ΔH1=kJ·mol-1。

②提高该反响平衡转化率的方法有、。

③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反响,乙烷的平衡转化率为α。反响的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

(2)高温下,甲烷生成乙烷的反响如下:2CH4C2H6+H2。反响在初期阶段的速率方程为:r=k×cCH4,其中k为反响①设反响开始时的反响速率为r1,甲烷的转化率为α时的反响速率为r2,那么r2=r1。

②对于处于初期阶段的该反响,以下说法正确的选项是。

A.增加甲烷浓度,r增大B.增加H2浓度,r增大C.乙烷的生成速率逐渐增大D.降低反响温度,k减小(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下列图:①阴极上的反响式为。

②假设生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,那么消耗的CH4和CO2体积比为。

【精析】此题主要考查化学反响原理,考查学生对化学反响原理的理解能力和综合运用能力。(1)①依据燃烧热写出热化学方程式:Ⅰ.C2H6(g)+72O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1560kJ·mol-1;Ⅱ.C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-1411kJ·mol-1;Ⅲ.H2(g)+12O2(g)H2O(l)ΔH=-286kJ·mol-1;将Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ得:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ΔH1=[-1560-(-1411)-(-286)]kJ·mol-1=+137kJ·mol-1。②该反响的正向反响为气体体积增大的吸热反响,提高该反响平衡转化率的方法有升高温度、减小压强(增大体积)等。③设乙烷和氢气的物质的量均为nmol。C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)总物质的量总压强不变起始(mol)n0n2np转化(mol)nαnαnα平衡(mol)n-nαnαn+nα2n+nαpKp=n+nα2n(2)①设起始甲烷的物质的量浓度为cmol·L-1,转化率为α时,剩余甲烷的物质的量浓度为c(1-α)mol·L-1,代入公式r1=kc;r2=kc(1-α);r2=(1-α)r1。②由公式知甲烷的浓度与r成正比,增加甲烷的浓度,r增大,A项正确;初期阶段增加H2的浓度不能增大甲烷的浓度,r不变,B项错误;随着反响的进行,甲烷的浓度逐渐减小,r逐渐减小,乙烷的生成速率逐渐减小,C项错误;降低温度,甲烷的浓度不变,r会减小,那么k将会减小,D项正确。(3)①由图可知,在阴极为CO2转化成CO,故电极反响为CO2+2e-CO+O2-。②生成的乙烯与乙烷的体积比为2∶1时,阳极电极反响可写为6CH4+5O2--10e-2C2H4+C2H6+5H2O,结合阴极电极反响式,消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。【答案】(1)①137②升高温度减小压强(或增大体积)③α(1+(2)①1-α②AD(3)①CO2+2e-CO+O2-②6∶51.(2021·云南省高三三模)煤炭气化作为洁净煤利用的核心技术,是影响煤化工系统效率、污染物及温室气体排放的关键。工业生产中主要的气化方式包括纯水气化、CO2气化和纯氧气化,反响如下:ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=+119kJ·mol-1;ⅱ.C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH=+162kJ·mol-1;ⅲ.C(s)+12O2(g)CO(g)ΔH=-123kJ·mol-1;ⅳ.C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH=-409kJ·mol-1。(1)均相水煤气反响CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的ΔH=。(2)图1是不同气化方式得到的合成气成分,图2是温度对碳转化率的影响(碳转化率是指气化得到的气体中的碳占入炉原料煤中碳的质量分数)。①气化过程中不同氧化剂的配比会对合成气的成分造成很大影响,为了提高合成气的氢碳比,生产中应该适当提高在氧化剂中的比例。②假设使用混合氧化剂进行气化,最正确气化温度是℃。温度升高,纯氧气化的碳转化率降低,原因是。③工业上常在压强200kPa的条件下进行气化,压强过高过低都不利于气化的进行,可能的原因是。④T℃时,向容积可变的恒压密闭容器中参加20g燃煤(含碳量为84%)和2molH2O(g)模拟纯水气化反响,起始容积为2L。一段时间到达平衡后,测得容器内H2为1mol。那么该温度下C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数K=。(3)煤的气化中可以利用CO2捕集技术实现CO2的综合利用。用石墨电极电解CO2制CH3CH2OH的原理如下列图:①b极为电源的(填“正〞或“负〞)极。②生成CH3CH2OH的电极反响式为。【解析】(1)根据盖斯定律ⅰ-ⅱ可得反响CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的ΔH=+119kJ·mol-1-(+162kJ·mol-1)=-43kJ·mol-1。(2)①据图1可知纯水气化时氢碳比最大,所以为了提高合成气氢碳比,应当适当提高水在氧化剂中的比例。②据图可知温度升高,纯氧气化碳转化率略微减小,而纯水气化和CO2气化碳转化率增大,温度高于900℃后升高不明显,所以为了提高碳转化率,同时尽量降低能耗,提高反响速率,最正确的气化温度应为900℃;纯氧气化涉及的反响ⅲ、反响ⅳ都是放热反响,温度升高,平衡逆向移动,所以温度升高碳转化率降低。③压强高会使气化反响ⅰ、ⅱ、ⅲ的平衡逆向移动,压强低反响速率小,都不利于气化的进行,所以压强不能过高也不能过低。④该反响的平衡常数K的表达式为c(H2)·c(CO)c(H2O),平衡时容器内n(H2)=1mol,根据反响的化学方程式可知该时段内消耗n(H2O)=1mol,生成的n(CO)=1mol,剩余的n(H2O)=2mol-1mol=1mol,所以平衡时容器内气体总物质的量为1mol+1mol+1mol=3mol,压强不变,那么体积比等于气体的物质的量之比,初始气体的物质的量为2mol,平衡时为3mol,容器初始体积为2L,所以平衡时容器体积为3L,那么平衡时容器内c(H2O)=c(H2)=c(CO)=13mol·L-1,K=13×1313=13。(3)①根据分析产生氧气的一极为电解池的阳极,阳极与外接电源的正极相连,所以b极为电源的正极。②二氧化碳被复原【答案】(1)-43kJ·mol-1(2)①水②900纯氧气化涉及的反响ⅲ、反响ⅳ都是放热反响,温度升高,平衡逆向移动,碳转化率降低③压强高会使气化反响ⅰ、ⅱ、ⅲ的平衡逆向移动;压强低反响速率小,都不利于气化的进行④1(3)①正②2CO2+12H++12e-CH3CH2OH+3H2O2.(2021·山东省高三二模)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源,被誉为“21世纪的清洁燃料〞。(1)用CO和H2合成二甲醚的反响为3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH。几种物质的相对能量如下:物质H2(g)CO(g)CO2(g)CH3OCH3(g)相对能量/kJ·mol-12830ΔH=kJ·mol-1。改变以下“量〞,一定会引起ΔH发生变化的是(填字母)。A.温度B.反响物浓度C.催化剂 D.化学计量数(2)有利于提高反响中CH3OCH3产率的条件为(填字母)。A.高温低压 B.低温高压C.高温高压 D.低温低压(3)采用新型催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金)制备二甲醚。催化剂中n(Mn)图1当n(Mn)n(Cu)=2时,二甲醚的选择性(选择性=目标产物产率(4)用二甲醚燃料电池电解法可将酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)转化为Cr3+。原理如图图2①燃料电池中的负极是(填“M〞或“N〞)电极。电解池阴极的电极反响式为。②消耗6.9g二甲醚时可处理Cr的含量为26.0g·L-1的废水1L,该套装置的能量利用率为。(保存3位有效数字)

【解析】(1)用CO和H2合成二甲醚的反响为3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH=生成物总能量-反响物总能量kJ·mol-1-(kJ·mol-1+3×283kJ·mol-1)kJ·mol-1。A项,改变温度会影响化学反响平衡移动,但不会引起ΔH发生变化;B项,改变反响物浓度,影响化学反响平衡移动,但不会引起ΔH发生变化;C项,催化剂只改变化学反响速率,不会引起ΔH发生变化;D项,反响热与化学反响计量数成正比,所以改变化学计量数会引起ΔH发生变化。(2)根据3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔHkJ·mol-1可知,升高温度,平衡逆向移动,CH3OCH3产率降低,降低温度,平衡正向移动,CH3OCH3产率升高;增大压强,平衡正向移动,CH3OCH3产率升高,降低压强,平衡逆向移动,CH3OCH3产率降低;所以有利于提高反响中CH3OCH3产率的条件为低温高压,故B项正确。(3)当n(Mn)n(Cu)=2时,二甲醚的选择性(选择性=目标产物产率CO转化率×100%)为85.8%,由图1可知此时CO的转化率为72%,此时二甲醚的产率为85.8%×72%=61.8%。(4)①由质子交换膜中氢离子移动方向可知,M极为负极,N极为正极;电解池中与正极相连的电极为阳极