题目内容

随着化石能源的减少，新能源的开发利用日益迫切．
（1）Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：
SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=2HI （g）+H2SO4（l）△H=a kJ?mol-1
2H2SO4（l）=2H2O（g）+2SO2（g）+O2（g）△H=b kJ?mol-1
2HI（g）=H2（g）+I2（g）△H=c kJ?mol-1
则：2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H=
 
kJ?mol-1
（2）甲醇制氢有以下三个反应：
CH3OH（g）=CO（g）+2H2（g）△H=+90.8kJ?mol-1 Ⅰ
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-43.5kJ?mol-1 Ⅱ
CH3OH（g）+
12
O2（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=-192.0kJ?mol-1 Ⅲ
①当CH3OH（g）、O2（g）、H2O（g）总进料量为1mol时，且n（CH3OH）：n（H2O）：n（O2）=0.57：0.28：0.15，在0.1MPa、473～673K温度范围内，各组分的平衡组成随温度变化的关系曲线见图．（图中Yi表示各气体的体积分数，氧气的平衡浓度接近0，图中未标出）．下列说法正确的是
 
．
A．在0.1MPa、473～673K温度范围内，甲醇有很高的转化率
B．温度升高有利于氢气的制备
C．寻找在较低温度下的催化剂在本制氢工艺中至关重要
②已知反应Ⅱ在T1℃时K=1，向恒容的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0molH2O，达到平衡时CO的转化率为
 
．在反应达到平衡后再向其中加入1.0mol CO、1.0mol H2O、1.0mol CO2和1.0mol H2，此时该反应的v正
 
v逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）一种以甲醇作燃料的电池示意图见图．写出该电池放电时负极的电极反应式：
 
．
（4）LiBH4有很高的燃烧热，可做火箭的燃料，写出其燃烧反应的化学方程式：
 
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分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①A、依据图象分析甲醇体积分数很小，说明转化率高；
B、生成氢气的反应Ⅱ、Ⅲ都是放热反应，升温反应逆向进行，氢气量减小；
C、低温有利于氢气生成，但反应速率小，寻找催化剂可以提高反应速率；
②反应ⅡCO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-43.5kJ?mol-1 ，依据平衡三段式列式计算转化率，依据浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，电解质是熔融金属氧化物，甲醇失电子生成二氧化碳；
（4）燃料燃烧生成氧化物和水，依据原子守恒配平写出．
解答：解：（1）①SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=2HI （g）+H2SO4（l）△H=a kJ?mol-1
②2H2SO4（l）=2H2O（g）+2SO2（g）+O2（g）△H=b kJ?mol-1
③2HI（g）=H2（g）+I2（g）△H=c kJ?mol-1
依据盖斯定律①×2+②+③×2得到2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H=（2a+b+2c）KJ/mol，故答案：（2a+b+2c）；
（2）①A、依据图象分析，在0.1MPa、473～673K温度范围内甲醇体积分数很小，说明转化率高，故A正确；
B、生成氢气的反应Ⅱ、Ⅲ都是放热反应，升温反应逆向进行，氢气量减小，故B错误；
C、低温有利于氢气生成，但反应速率小，寻找催化剂可以提高反应速率，寻找在较低温度下的催化剂在本制氢工艺中至关重要，故C正确：
故答案为：AC；　　
②依据化学平衡三段式计算列式得到，设CO反应量为x，气体体积为v
                  CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）     1       3        0        0
变化量（mol）    x        x         x       x
平衡量（mol）  1-x      3-x        x        x
K=
n(co2)
V
×
n(H2)
V
n(CO)
V
×
n(H2O)
V
=
x2
(1-x)(3-x)
=1
x=0.75
CO转化率=75%；
平衡常数随温度变化，不随浓度改变，反应达到平衡后再向其中加入1.0mol CO、1.0mol H2O、1.0mol CO2和1.0mol H2，则
      CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）
1-0.75+1  3-0.75+1   0.75+1    0.75+1
Qc=
1.752
1.25×3.25
=0.75＜K，反应正向进行，正反应速率＞逆反应速率，
故答案为：75%；＞；
（3）甲醇作燃料的电池示意图中电解质是金属氧化物，甲醇失电子结合氧离子生成二氧化碳，结合电子守恒原子守恒写出负极电极反应为：CH3OH-6e-+3O2-=CO2↑+2H2O，
故答案为：CH3OH-6e-+3O2-=CO2↑+2H2O；
（4）LiBH4有很高的燃烧热，可做火箭的燃料，燃烧生成氧化物和水，反应的化学方程式为：2LiBH4+4O2
 点燃 
.
 
Li2O+B2O3+4H2O，故答案为：2LiBH4+4O2
 点燃 
.
 
Li2O+B2O3+4H2O．
点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素的分析判断，三段式计算的应用，平衡常数计算与计算分析，原电池电极反应书写方法，题目难度中等．
练习册系列答案
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随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO2)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。

Ⅰ．处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。

CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)? △H1＝－574kJ·mol­－1

CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)??? △H2

CH4(g)+2NO2 (g)＝N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)????? △H3＝－867kJ·mol－1

则△H2＝???????????????? 。

Ⅱ．化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为??? C(s) + H2O(g)＝ CO(g) + H2(g)，

该反应的化学平衡常数表达式为K＝???????????????????? 。 800℃时，将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中，发生反应：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)，反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变，t2时再向容器中充入CO、H2各1mol，平衡将????? 移动（填“向左”、 “向右”或“不”）。t2时，若改变反应条件，导致H2浓度发生如右图t2后所示的变化，则改变的条件可能是??????? （填符号）。

a加入催化剂 ???? b降低温度?? ? c缩小容器体积 ???? d减少CO2的量

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应???????????????????????? 。

②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是??????????????? 。

Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

通入a气体的电极是原电池的? ??? （填“正”或“负”），

其电极反应式为? ??? ???? ????? 。

 

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO2)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。

Ⅰ．处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。

CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H1＝－574kJ·mol­－1

CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H2

CH4(g)+2NO2 (g)＝N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)      △H3＝－867kJ·mol－1

则△H2＝                  。

Ⅱ． 化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为C(s) + H2O(g)＝ CO(g) + H2(g)，

该反应的化学平衡常数表达式为K＝                     。 800℃时，将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中，发生反应：CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g)，反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变，t2时再向容器中充入CO、H2各1mol，平衡将      移动（填“向左”、 “向右”或“不”）。t2时，若改变反应条件，导致H2浓度发生如图t2后所示的变化，则改变的条件可能是        （填符号）。

a加入催化剂       b降低温度       c缩小容器体积        d减少CO2的量

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应                         。

②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是                。

Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

通入a气体的电极是原电池的      极（填“正”或“负”），其电极反应式为                   。

 
能源已经成为掣肘全球经济发展的重要因素，资源对经济发展的制约作用也越来越大。随着化石能源的日渐减少，各国都在积极开发新能源。美国智能能量公司生产出世界首辆氢动力摩托车于2005年6 月在旧金山展出。有人测算2 g H2充分燃烧后约放出热量286 kJ，1 000 g汽油充分燃烧后约放出热量46000 kJ。氢气被公认为是替代矿物燃料的理想能源。试简述氢气作为能源的3个主要优点：
(1)____________ (2)________________ (3)________________

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO2)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。

Ⅰ．处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H1=－574kJ·mol­－1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H2

CH4(g)+2NO2 (g)= N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)      △H3=－867kJ·mol－1

则△H2=                 。

Ⅱ． 化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。

（1）      将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为

C(s) + H2O(g) == CO(g) + H2(g)

该反应的化学平衡常数表达式为K=                     。

     800℃时，将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中，发生反应：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)，反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变，t2时再向容器中充入CO、H2各1mol，平衡将      移动（填“向左”、 “向右”或“不”）。t2时，若改变反应条件，导致H2浓度发生如右图t2后所示的变化，则改变的条件可能是        （填符号）。

a加入催化剂　  b降低温度　  c缩小容器体积　  d减少CO2的量

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

 


①用离子方程式表示反应器中发生的反应                         。

②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是                                                                  。

Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

                                                         

通入a气体的电极是原电池的      极（填“正”或“负”），其电极反应式为       。                   

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