运用化学反应原理分析解答以下问题+2H2(g) CH3OH(g) △Hl= -91kJ·mol-l②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2= -24 kJ·mol-l ③CO(g) +H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H3= -41 kJ·mol-l且三个反应的平衡常数依次为K1.K2.K3 则反应 3CO(g) +3H2(g) CH3OC 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

（14分）运用化学反应原理分析解答以下问题
（1）已知： ①CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)              △Hl= －91kJ·mol^－l
②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H2= －24 kJ·mol^－l                ③CO(g) +H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)       △H3= －41 kJ·mol^－l
且三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂、K₃
    则反应 3CO(g) +3H₂(g)       CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) △H=               .
化学平衡常数K=        （用含K₁、K₂、K₃的代数式表示）。
（2）一定条件下，若将体积比为1:2的CO和H₂气体通入体积一定的密闭容器中发生反应
         3CO(g) +3H₂(g)      CH₃OCH₃(g) +CO₂(g)，下列能说明反应达到平衡状态是         。
a．体系压强保持不变    B．混合气体密度保持不变
c． CO和H2的物质的量保持不变       d．CO的消耗速度等于CO₂的生成速率
（3）氨气溶于水得到氨水。在25℃下，将x mol．L^－l的氨水与y mol．L^－1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，则c(NH₄⁺)____c（Cl^－）（填“>”、“<”、“=”）；用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数             .
（4）科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极、加入电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH₃。其电池反应式为：4NH₃+3O₂= 2N₂+6H₂O，电解质溶液应显           （填“酸性”、“中性”、“碱性”），
写出正极的电极反应方程式                .

（每空2分，共14分）
(1)-247KJ·mol^－１　　　K₁²·K₂·K₃
(2)a·c
(3) = K= mol·L^-1
(4)碱性 O₂+2H₂O+4e^－＝4OH^－

解析试题分析：（1）根据盖斯定律得3CO(g) +3H₂(g) CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) △H=①×2+②+③=△Hl×2+△H2+△H3=-247KJ·mol^－１，平衡常数K= K₁²·K₂·K₃
（2）a、容器体积固定，3CO(g) +3H₂(g) CH₃OCH₃(g) +CO₂(g)是反应前后气体压强发生改变的可逆反应，所以体系压强保持不变时达平衡状态，正确；b、容器体积固定，根据质量守恒定律，得气体的密度始终不变，所以不能作为平衡状态到达的标志，错误；c、反应开始时，CO和H2的物质的量一直减少，当CO和H2的物质的量保持不变，不再减少时证明已达平衡状态，正确；d、CO的消耗速率任何状态都不等于CO₂的生成速率，错误，答案选ac；
（3）根据电荷守恒定律，盐酸与氨水混合后的溶液显中性，则c(H^＋)=c（OH^－），c(Cl^-)+ c（OH^－）=c(NH₄⁺)+c(H^＋)，所以c(Cl^-)=c(NH₄⁺)；在25℃下，中性溶液中c(H^＋)= c（OH^－）=1×10^-7mol/L，若盐酸与氨水的浓度相等，则等体积混合后生成氯化铵溶液显酸性，而实际溶液显中性，说明氨水的浓度大于盐酸的浓度，氨水过量，设二者的体积均为1L，与盐酸反应完剩余氨水的物质的量（x-y）mol，一水合氨的浓度为（x-y）/2mol/L，c(NH₄⁺)=c(Cl^-)=y/2mol/L，则氨水的电离平衡常数K= c（OH^－）c(NH₄⁺)/ c(NH₃·H₂O)= 1×10^-7mol/L×y/2mol/L/（x-y）/2mol/L= mol·L^-1，
（4）根据电池反应式为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，判断氨气发生氧化反应，氧气发生还原反应，氨气失电子成为氮气和氢离子，所以电解质溶液应显碱性，产物中才能生成水；因为电解质溶液为碱性，所以正极是氧气的还原反应，氧气得电子与水结合生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^－＝4OH^－
考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡状态的判断，化学平衡常数的计算，原电池反应原理的应用

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（9分）（1）肼(N₂H₄)又称联氨，在常温下是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，1gN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和H₂O，放出19.5kJ热量(25℃时)，表示N₂H₄燃烧热的热化学方程式是____________________________________________________。
（2）肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：正极的电极反应式：__________________；负极的电极反应式：_______________。
（3）下图是一个电解过程示意图。

①锌片上发生的电极反应式是：_____________________________。
②假设使用肼－空气燃料电池作为该过程中的电源，铜片质量变化为128g，则肼－空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气________L(假设空气中氧气体积分数为20%)。

（15分）二甲醚（DME）和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料，目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得。
（1）由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
已知：①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)            △H₁＝－90.7 kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)     △H₂＝－23.5 kJ·mol^－1
③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)        △H₃＝－41.2 kJ·mol^－1
则反应3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)的△H＝      kJ·mol^-1。
（2）将合成气以n(H₂)/n(CO)=2通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：
4H₂(g)+2CO(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)，其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示：

①该反应的平衡常数表达式为       ；P₁、P₂、P₃由大到小的顺序为       。
②若反应在P₃和316℃时，起始时n(H₂)/n(CO)=3，则达到平衡时，CO的转化率     50％（填“大于”、“小于”或“等于”)。
（3）由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数（K）的关系如表数据，

250℃时，将2 molCO和6 molH₂充入2L的密闭容器中发生反应，反应时间与物质浓度的关系如图所示，则前10分钟内，氢气的平均反应速率为     ；若15分钟时，只改变温度一个条件，假设在20分钟时达到新平衡，氢气的转化率为33.3%，此时温度为      （从上表中选），请在图中画出15—25分钟c (CH₃OH)的变化曲线。
（4）利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚，原理是：CH₃OH +H₂SO₄→CH₃HSO₄+H₂O，CH₃HSO₄+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄。与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是        。

随着科学技术的进步，人们研制了多种甲醇质子交换膜燃料电池，以满足不同的需求。
（1）有一类甲醇质子交换膜燃料电池，需将甲醇蒸气转化为氢气，两种反应原理是
A、CH₃OH(g)＋H₂O(g)＝CO₂(g)＋3H₂(g)        ΔH＝＋49.0kJ/mol
B、CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)     ΔH＝－192.9kJ/mol
又知H₂O(l)＝H₂O(g) ΔH＝＋44 kJ/mol，请写出32g的CH₃OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式                                  。
（2）下图是某笔记本电脑用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为：2CH₃OH＋3O₂＝2CO₂＋4H₂O。则c电极是        （填“正极”或“负极”），
c电极上发生的电极反应式是                     。

（16分）汽车尾气是城市空气的主要污染物之一，其主要有害成分是CO、氮氧化物（NOx）等。
（1）NOx产生的原因之一是汽车发动机工作时引发N₂和O₂反应，其能量变化值如右图所示，

则：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H=　　  。
（2）汽车尾气中CO、NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N₂的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图一。

① NO与CO混存时，相互反应的化学方程式为                              。
② 1000K，n(NO)/n(CO)=5:4时，NO的转化率为75%，则CO的转化率约为       。
③ 由于n(NO)/n(CO)在实际过程中是不断变化的，保证NO转化率较高的措施是将温度大约控制在              K之间。
（3）汽车尾气中NO_x有望通过燃料电池实现转化。已经有人以 NO₂、O₂和熔融NaNO₃制成了燃料电池，其原理如图二。
① 图中石墨Ⅱ为电池的             极。
② 在该电池使用过程中，石墨I电极上的产物是氧化物Y，其电极反应式为      。
（4）甲醇也可用于燃料电池。工业上采用反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH<0合成甲醇。
① 在恒容密闭反应器中，H₂的平衡转化率与温度、压强的关
系如图三所示，则A、B、C三点处对应平衡常数(K_A、K_B、K_C)的
大小关系为        。

② 某高温下，将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生
反应，达到平衡后测得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，则该温度下反应的平
衡常数值为      。

(17分)合成氨工业上常用下列方法制备H₂：
方法：
方法：

试计算25℃时由方法②制备l000g H₂所放出的能量为_________ kJ。
（2）在一定的条件下，将C(s)和H₂O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器，发生反应：
其相关数据如下表所示：

①T₁_________T₂（填“>”、“=”或“<”）；
T₁℃时，该反应的平衡常数K="_________" 。
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O(g)的物质的量浓度范围是_________。
③一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是_________。
A．
B．混合气体的密度保持不变

D．混合气体的平均相对分子质量保持不变
④某同学为了研究反应条件对化学平衡的影响，测得逆反应速率与时间的关系如图所示：

可见在t₁、t₃、t₅、t₇时反应都达了到平衡状态，如果t₂、t₄、t₆、t₈时都只改变了一个反应条件，则从t₁到t₈哪个时间段H₂O (g)的平衡转化率最低_________，t₄时刻改变的条件是__________。
⑤在25 ℃时，c mol/L，的醋酸与0.02mol/L NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，
用含c的代数式表示CH₃COOH的电离常数Ka=_________。

（I）保护环境已成为当前和未来的一项全球性课题。为解决目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有的专家提出利用太阳能促使燃料循环使用的构想，如图所示：

请回答下列问题：
(1)过程Ⅰ的能量转化形式为________能转化为________能。
(2)上述转化过程中，ΔH₁和ΔH₂的关系是________。
(3)断裂1 mol化学键所需的能量见下表：

共价键	H—N	H—O	N≡N	O＝O
断裂1 mol化学键所需能量/(kJ·mol^－1)	393	460	941	499

常温下，N₂与H₂O反应生成NH₃的热化学方程式为_______________________。
(II)在一试管中加入0.01mol/L的KMnO₄酸性溶液和0.1mol/LH₂C₂O₄溶液，在恒温下发生如下反应：
2KMnO₄+5 H₂C₂O₄+3H₂SO₄＝K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂+8H₂O。5分钟后测得Mn²⁺的浓度为0.004mol/L；
（4）试计算0—5分钟内，υ(H₂C₂O₄)＝____________。
(5)如果反应从开始进行一段时间后，速率—时间图像如图：

。试解释t₁—t₂，t₂—t₃速率变化的原因。______________________________________________________。

下图是红磷P（s）和Cl₂反应生成（图中的表示生成1mol产物的数据）。根据下图回答下列问题：

（1）的热化学方程式为。
（2）= KJ·mol^-1
（3）研究表明，化学反应的能量变化（△H）与反应物和生成物的键能有关。键能可以简单地理解为断开1mol化学键时所需吸收的能量，表1所列是部分化学键的键能数据。
表1部分化学键的键能数据

化学键	P-P	P-O	O=O	P=O
键能/（kJ·mol^-1）	198	360	498	x

已知1mol白磷（结构如下图所示，分子式为P₄）完全燃烧生成P₄O₁₀（结构如下图）放出2982KJ热量，则表中：x= 。

（P₄O₁₀）

乙醇汽油含氧量达35%,使燃料燃烧更加充分,使用车用乙醇汽油，尾气排放的CO和碳氢化合物平均减少30%以上,有效的降低和减少了有害的尾气排放。但是汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，对NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。NO_x排入空气中，形成酸雨，造成空气污染。NO_x中有一种红棕色气体，其溶于水的方程式是。
（2）已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和。

物质	NO₂	N₂O₄
化学键	N＝O	N—N	N＝O
键能（kJ/mol）	466	167	438

写出NO₂转化N₂O₄的热化学方程式。
（3）研究人员在汽车尾气系统中装置催化转化剂，可有效降低NO_x的排放。
① 写出用CO还原NO生成N₂的化学方程式。
② 在实验室中模仿此反应，在一定条件下的密闭容器中，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况和n (NO)/n(CO)比例变化情况如下图。

为达到NO转化为N₂的最佳转化率，应该选用的温度和n(NO)/n(CO)比例分别为、；该反应的?H 0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（4）用 C_xH_y(烃)催化还原NO_x也可消除氮氧化物生成无污染的物质。CH₄与NO发生反应的化学方程式为。

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