题目内容

2013年初，全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”，造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。
汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+2CO(g)2CO2+N2。在密闭容器中发生该反应时，c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如下图所示。据此判断：

（1）该反应为       反应(填“放热”或“吸热”）：在T2温度下，0~2s内的平均反应速率：v(N2)=         ；（2）当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2，在答题卡上画出 c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
（3）某科研机构，在t1℃下，体积恒定的密闭容器中，用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度（具体数据见下表，CO2和N2的起始浓度为0）。

时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/xl0-4mol L-1
10．0
4．50
2．50
1．50
1．00
1．00
c(CO)/xl0-3mol L-1
3．60
3．05
2．85
2．75
2．70
2．70
 
t1℃时该反应的平衡常数K=              ，平衡时NO的体积分数为           。
（4）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是      (填代号）。（下图中v正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量）

（5）煤燃烧产生的烟气也含氮的氧化物，用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g)   △H=-867．0kJ ? mol-1
2NO2 (g) N2O4 (g)                   △H=-56．9kJ ? mol-1
H2O(g) = H2O(l)                          △H=-44．0kJ ? mol-1
写出CH4催化还原N2O4 (g)生成N2 (g)、CO2 (g)和H2O(l)的热化学方程式           。


（1）放热  0．025 mol/(L·s) （各2分，共4分）
（2）见图（在T1S1下方，起点不变、终点在虚线后即可，合理均可）（2分）
               
（3）5000 L/mol （2分）           2．41%    (2分)                 
（4）B D   （共2分，少选得1分，错选不得分）
（5）CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) D H═ —898．1kJ/mol （2分）

解析试题分析：⑴依据“先拐先平，数值大”的原则，可知：T1＞T2，而在T1条件下可知，二氧化碳的含量反而低，可知，升高温度反应逆向移动，因此正向是放热的。化学反应速率等于单位时间内反应物或者生成物浓度的变化量，因此可以确定用二氧化碳表示的化学反应速率就为：0.050 mol/(L·s)，再依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，可知；用氮气表示的化学反应速率就为：0.025 mol/(L·s)。⑵增大表面积，只是增大反应速率，并不影响二氧化碳的含量，因此，只是反应达到平衡的时间延长，并不影响二氧化碳的量。
⑶    2NO(g)   +    2CO(g)       2CO2      +         N2
起始浓度：10－3mol/L      3.6×10－3mol/L        0                  0
转化浓度：9.0×10－4mol/L 9.0×10－4mol/L      9.0×10－4mol/L    4.5×10－4mol/L
平衡浓度：10－4mol/L      2.7×10－3mol/L     9.0×10－4mol/L     4.5×10－4mol/L
因此平衡常数：
根椐，平衡时体积比等于物质的量之比，等于浓度之比，所以平衡时NO的体积分数为：

⑷A图中正反应速率反应开始后是减小的，错误；B图中表示的是化学平衡常数随时间的变化，因为是绝热的，而反应又是放热的，所以随着反应的进行，放出的热量散不出去，使反应逆向移动，使得平衡常数减小，但在某一个时刻达到平衡状态。正确；C图中在t1后各自的物质的量还在变化，则不是平衡状态，错误；D图中一氧化氮的质量在t1时刻质量不变，一定是一个平衡状态。正确。
⑸   ①CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g)   △H=-867．0kJ ? mol-1
②2NO2 (g) N2O4 (g)                   △H=-56．9kJ ? mol-1
③H2O(g) = H2O(l)                          △H=-44．0kJ ? mol-1
①－②＋③×2：CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) D H═ —898．1kJ/mol
考点：考查化学平衡，热化学的有关知识。

练习册系列答案
相关题目

(16分) 红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示（图中的△H表示生成1mol产物的数据）。

根据上图回答下列问题：（1）P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是
                                                                        ；
（2）PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是
                                                                        ；
上述分解反应是一个可逆反应。温度T1时，在密闭容器中加入0.80mol PCl5，反应达平衡时PCl5还剩0.60 mol，其分解率1等于          ；若反应温度由T1升高到T2，平衡时PCl5的分解率为2，2          1（填“大于”、“小于”或“等于”）；
（3）工业上制备PCl5通常分两步进行，现将P和Cl2反应生成中间产物PCl3，然后降温，再和Cl2反应生成PCl5。原因是                                                                         
                                                               ；
（4）P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的△H 3=              ，P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的△H 4              △H 3（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（5）PCl5与足量水充分反应，最终生成两种酸，其化学方程式是
                                                            。

甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：
CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋260 kJ/mol
已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为                                 。

甲醇是一种可再生的优质燃料，用途广泛，研究其作用具有广阔前景。
（1）已知在常温常压下，测得反应的反应热如下：
① 2CH3OH(l)+ 3O2(g)  2CO2(g) +4H2O(g)  ?H1= －1275．6 kJ/mol
② 2CO(g) +O2(g)  2CO2(g)   ?H2=－566．0 kJ/mol
CH3OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式是       。
（2）工业上生产甲醇的反应如下：CO2(g) + 3H2(g)  CH3OH(g)+ H2O(g)   ?H = －49 kJ/mol
在某温度下，容积均为1 L的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容。容器B中经10 s后达到平衡。达到平衡时的有关数据如下表：

容器
 		A
 		B
 
反应物投入量
 		1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)
 		1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
 
反应能量变化
 		放出αkJ热量
 		吸收19．6 kJ热量
 
 
①从反应开始至达到平衡时，容器B中CH3OH的平均反应速率为       。
②该温度下，B容器中反应的化学平衡常数的数值为       。
③α＝       。
④下列措施能使容器A中甲醇的产率增大的是       。
a．升高温度                b．将水蒸气从体系分离
c．用更有效的催化剂        d．将容器的容积缩小一半
（3）我国科学院化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

① 该电池工作时，b口通入的物质为       。
② 该电池正极的电极反应式为       。

甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋260 kJ·mol－1
已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)  ΔH＝－566 kJ·mol－1
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_______________________________
(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是______________________________
②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度________；
③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－以外还含有________(忽略水解)；
④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。

把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径I：  C(s)＋O2(g) = CO2(g)
途径II：先制水煤气： C(s) + H2O(g) =" CO(g)" + H2(g)
燃烧水煤气：2 CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)；
2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)
已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)；△H1=－393.5 kJ·mol-1  
②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)；△H2=－241.8kJ·mol-1
③CO(g)+ 1/2O2 (g) =CO2(g)；△H3=－283.0kJ·mol-1
请回答下列问题：
（1）CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) 是       （填“放热反应”或“吸热反应”）
（2）根据盖斯定律，煤和气态水生成水煤气的反应热△H=                    。
（3）根据两种途径，下列说法错误的是（   ）              

A．途径II制水煤气时增加能耗，故途径II的做法不可取
B．与途径I相比，途径II可以减少对环境的污染
C．与途径I相比，途径II可以提高煤的燃烧效率
D．将煤转化为水煤气后，便于通过管道进行运输

把煤作为燃料可通过下列两种途径:
途径Ⅰ　C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1<0①
途径Ⅱ　先制成水煤气:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH2>0②
再燃烧水煤气:
2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH3<0③
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH4<0④
请回答下列问题:
(1)途径Ⅰ放出的热量理论上　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)途径Ⅱ放出的热量。 
(2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系式是　。 
(3)已知:①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1="-393.5" kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH2="-566" kJ·mol-1
③TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(s)+O2(g)　ΔH3="+141" kJ·mol-1
则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=　　　　。 
(4)已知下列各组热化学方程式
①Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH1="-25" kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH2="-47" kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)　ΔH3="+640" kJ·mol-1
请写出FeO(s)被CO(g)还原成Fe和CO2(g)的热化学方程式　______________________。 

将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)。
而C(g)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为：
①C(s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
②H2(g)＋ O2(g)=H2O(g)　ΔH2＝－242.0 kJ·mol－1
③CO(g)＋ O2(g)=CO2(g)　ΔH3＝－283.0 kJ·mol－1
请你根据上述信息回答下列问题：
(1)煤是一种成分复杂的混合物，其中除含碳、氢元素外，还含有氧、硫、氮、砷、硒等元素。所以固体煤燃烧会导致大气污染，写出煤燃烧产生的两种污染：　　　　　　　　，将石灰石粉与煤粉混合，可以有效地减少煤燃烧过程中的二氧化硫污染，写出该反应的化学方程式：____________________
(2)根据已知热化学方程式写出由煤制备水煤气的热化学方程式：____________________________。
(3)下面是甲、乙两位同学对上述热化学方程式及煤燃烧的理解。
甲同学：1 mol CO与1 mol H2燃烧放出的热量之和大于1 mol固体炭燃烧放出的热量，所以煤燃烧时加入少量水，可以使煤燃烧放出更多的热量。
乙同学：根据下面的物质与能量循环，将煤炭转化为水煤气，再燃烧放出的热量与直接燃烧煤炭放出的热量相同，而将煤炭转化为水煤气将会增加消耗，故煤炭转化为水煤气得不偿失。
C(s)＋H2O(g)＋O2(g)CO2(g)＋H2O(g)
  
CO(g)＋O2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)＋ O2(g)
请你评价两位同学的理解：
①甲同学的说法　　　　　(答“正确”或“不正确”)，原因是______________________________________。
②乙同学的说法　　　　　(答“正确”或“不正确”)，原因是_____________________________________。

在化学反应中，只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，这些分子被称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其单位通常用kJ·mol－1表示。请认真观察下图，然后回答问题。

（1）图中所示反应是________（填“吸热”或“放热”）反应。
（2）已知拆开1mol H—H键、1mol I—I、1mol H—I键分别需要吸收的能量为436kJ、151kJ、299kJ。则由1mol氢气和1mol 碘反应生成HI会________（填“放出”或“吸收”）________kJ的热量。在化学反应过程中，是将______转化为________。
（3）下列反应中，属于放热反应的是________，属于吸热反应的是________。
①物质燃烧
②炸药爆炸
③酸碱中和反应
④二氧化碳通过炽热的碳
⑤食物因氧化而腐败
⑥Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应
⑦铁粉与稀盐酸反应

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