题目内容

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                                 。

2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)ΔH＝－46 kJ/mol

解析

练习册系列答案
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（16分）
用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可以提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应①为主反应，反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g)1/4CaS(s)+CO2(g) △H1=－47.3kJ/mol
②CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+ CO2(g)+ SO2(g) △H2=+210.5kJ/mol
③CO(g)1/2C(s)+1/2CO2(g) △H3=-86.2kJ/mol
（1）反应2 CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+C(s)+6CO2(g)+SO2(g)的△H=       （用△H1△H2△H3表示）。
（2）反应①～③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18.结合各反应的△H，归纳lgK～T曲线变化规律：

a）                                  
b)                                   
（3）向盛有CaSO4的真空恒容容器中充入CO，反应①于900 ºC达到平衡，c平衡（CO）=8.0×10-5mol·L-1，计算CO的转化率（忽略副反应，结果保留2位有效数字）。
（4）为减少副产物，获得更纯净的CO2，可在初始燃料中适量加入       。
（5）以反应①中生成的CaS为原料，在一定条件下经原子利用率100%的高温反应，可再生成CaSO4，该反应的化学方程式为       ；在一定条件下CO2可与对二甲苯反应，在其苯环上引入一个羧基，产物的结构简式为       。

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)。根据图示，回答下列问题：

⑴P和Cl2反应生成PCl3(g)的热化学方程式              。
⑵PCl5(g)分解成PCl3(g)和Cl2的热化学方程式              。
⑶白磷能自燃，红磷不能自燃。白磷转变成红磷为   (“放”或“吸”) 热反应。如果用白磷替代红磷和Cl2反应生成1molPCl5的△H3，则△H3   △H1 (填“＜”、“＞” 或 “＝”)。

根据下列条件计算有关反应的焓变：
(1)已知：
Ti(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)  ΔH＝－804.2 kJ·mol－1
2Na(s)＋Cl2(g)==="2NaCl(s)" ΔH＝－882.0 kJ·mol－1
Na(s)===Na(l) ΔH＝＋2.6 kJ·mol－1
则反应TiCl4(l)＋4Na(l)===Ti(s)＋4NaCl(s)的ΔH＝        kJ·mol－1。
(2)已知下列反应数值：

序号
化学反应
反应热
①
Fe2O3(s)＋3CO(g)=== 2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH1＝－26.7 kJ·mol－1
②
3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)
ΔH2＝－50.8 kJ·mol－1
③
Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)
ΔH3＝－36.5 kJ·mol－1
④
FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)
ΔH4
 
则反应④的ΔH4＝            kJ·mol－1。

甲醇是一种用途广泛的化工原料。
（1）工业上常用下列两种反应制备甲醇：
①CO(g) + 2H2(g)  CH3OH(g)               ΔH1= -90．1KJ/mol       
②CO2(g)＋ 3H2(g)  CH3OH(g)  +  H2O(l)  ΔH2  
已知：CO(g)+ H2O (g) ＝ CO2 (g) + H2 (g)     ΔH3=-41．1 KJ/mol    ③
H2O (l) ＝H2O (g)                     ΔH4=+44．0KJ/mol     ④
则ΔH2＝         
（2）实验室模拟用CO和H2反应来制甲醇。在250℃下，将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中，各物质的物质的量浓度(mol?L-1)变化如下表所示：（前6min没有改变条件）

 
2min
4min
6min
8min
…
CO
0．07
0．06
0．06
0．05
…
H2
x
0．12
0．12
0．2
…
CH3OH
0．03
0．04
0．04
0．05
…
 
①x=                     。
②250℃时该反应的平衡常数K值为：                            (不必化简)。
③若6min～8min只改变了某一条件，所改变的条件是                        。
④第8min时,该反应是不是达到平衡状态       。(填“是”或“不是”)
⑤该合成反应的温度一般控制在240～270℃，选择此温度的原因是：Ⅰ．此温度下的催化剂活性高；Ⅱ．          。
（3）电解甲醇水溶液制氢的优点是需要的电压低，而且制得的氢气比电解相同物质的量的水多。写出电解甲醇水溶液的反应式为：阳极：                    。

二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型能源，它清洁、高效、具有优良的环保性能。
Ⅰ.工业制备二甲醚的生产流程如下：

催化反应室中(压强2.0～10.0 MPa，温度230～280℃)进行下列反应：
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)ΔH＝－90.7 kJ/mol ①
2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－23.5 kJ/mol ②
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2 kJ/mol ③
(1)甲烷氧化可制得合成气，反应如下：CH4(g)＋O2(g) CO(g)＋2H2(g) ΔH＝－35.6 kJ/mol。该反应是       反应(填“自发”或“非自发”)。
(2)催化反应室中总反应3CO(g)＋3H2(g) CH3OCH3(g)＋CO2(g)的ΔH＝           。830℃时反应③的K＝1.0，则在催化反应室中反应③的K       1.0(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)上述反应中，可以循环使用的物质有       。
Ⅱ.如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。b电极是       极。

Ⅰ．在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇，其过程如下图所示，试回答下列问题：

（1）该合成路线对于环境保护的价值在于               。
（2）15～20%的乙醇胺（HOCH2CH2NH2）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO2吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因                    。
（3）CH3OH、H2的燃烧热分别为：△H＝－725.5 kJ/mol、△H＝－285.8 kJ/mol，写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式：                             。
Ⅱ．将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：
2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]
500 K
600 K
700 K
800 K
1.5
45%
33%
20%
12%
2.0
60%
43%
28%
15%
3.0
83%
62%
37%
22%
 
（4）该反应的焓变△H     0，熵变△S     0（填＞、＜或＝）。
（5）用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式            。
（6）若以1.12 L·min-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L-1 CuSO4溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜  g。

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)①根据下列图示，写出反应的热化学方程式____________________________

②根据如图所示情况，判断下列说法中正确的是______________。

A．其热化学方程式为：CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝41 kJ·mol－1
B．该反应为吸热反应
C．该反应为放热反应
D．当H2O为液态时，其反应热值小于41 kJ·mol－1
(2)已知16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kJ的热量，该反应的热化学方程式是__________________________
(3)如图是某温度下，N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为___________________________

a、b两条曲线产生区别的原因很可能是
_________________________________________________________________。

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