题目内容

合成气(CO和H2)是重要的化工原料，在工业生产中有着广泛的应用。
（1）工业上用甲烷和水蒸气在高温条件下发生反应制备合成气(CO和H2)，4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量，写该反应的热化学方程式                          
（2）工业上常用合成气来冶炼金属，其中CO还原氧化铁来冶炼生铁方程式如下：
3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+ 2Fe(s) △H<0
①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，       。

A．容器中Fe2O3的质量不随时间而变化B．反应物不再转化为生成物
C．n (CO) ：n (CO2) = 1：1D．容器中气体的压强不随时间而变化
②在一个容积为4L的密闭容器中，1000℃时加入4mol CO(g)和足量Fe2O3(s)，反应2分钟后达到平衡，测得此时容器内气体的密度为40g/L，求该时间范围内反应的平均反应速率υ(CO2)= ___、CO的平衡转化率= _____、该反应的化学平衡常数K=        。

（1）CH4(g)＋H2O(g) =" CO" (g)＋3H2 (g)　△H=+206kJ?mol-1(2分)
（2）①A D(2分，少选、错选均为0分)
② 0.375 mol/(L?min)(2分)75% (1分) 27(2分)

解析试题分析：：（1）4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量，16g甲烷和水反应吸收热量为206KJ；反应的热化学方程式为：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206KJ/mol；
（2）①A中容器中Fe2O3的质量不随时间而变化，说明反应达到平衡，故A符合；B中平衡时，正逆反应都进行只是正反应速率和逆反应速率相同，故B不符合；C中一氧化碳和二氧化碳的物质的量之比和起始量有关，n(CO)：n(CO2)不一定为1：1，故C不符合；D在反应是气体体积不变的反应，平衡时容器中气体的压强不随时间而变化，故D正确；
②          3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s)
起始(mol)   4                   0
变化(mol)  x                    x
平衡(mol)  4-x                   x
容器内气体的密度为40g/L：=40g/L计算得到x=3mol；
该时间范围内反应的平均反应速率υ(CO2)==0.375mol/L；
CO的平衡转化率=×100%=75%
考点：考查热化学方程式的书写，盖斯定律的计算应用，化学平衡的特征分析，利用化学平衡的三段式计算反应速率，转化率。

练习册系列答案
相关题目

化学能与热能、电能等能相互转化。关于化学能与其他能量相互转化的说法正确的是

A．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与生成
B．铝热反应中, 反应物的总能量比生成物的总能量低
C．图I所示的装置能将化学能转变为电能
D．图II所示的反应为吸热反应

（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%)。

（5分）某实验小组同学进行如下实验，以探究化学反应中的能量变化。

（1）实验表明：①中的温度降低，由此判断氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应是____________（填“吸热”或“放热”）反应。
（2）实验②中，该小组同学在烧杯中加入5 mL 1.0 mol/L盐酸，再放入用砂纸打磨过的铝条，观察产生H2的速率，如图A所示，该反应是____________（填“吸热”或“放热”）反应，其能量变化可用下图中的____________（填“B”或“C”）表示。

图A中0一tl段化学反应速率变化的原因是_________________________________。

（16分）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH4。
（1）写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式                     。
已知： ① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)    ΔH＝－41kJ·mol－1 
② C(s)+2H2(g)CH4(g)           ΔH＝－73kJ·mol－1
③ 2CO(g)C(s)+CO2(g)          ΔH＝－171kJ·mol－1
（2）另一生成CH4的途径是CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。其他条件相同时，H2的平衡转化率在不同压强下随温度的变化如图所示。

①该反应的△H     0（填“＜”、“＝”或“＞”）。
②实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由________________________。
③某温度下，将0.1 mol CO和0.3 mol H2充入10L的密闭容器内发生反应CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)，平衡时H2的转化率为80%，求此温度下该反应的平衡常数K。（写出计算过程，计算结果保留两位有效数字）

（1）已知:H2(g)+O2(g)H2O(g),反应过程中能量变化如图所示，则:

①试写出a、b、c分别代表的意义：
a　                                                            ; 
b　                                                           ; 
c　                                                           。 
②该反应是           反应(填“吸热”或“放热”),ΔH        0(填“>”或“<”)。
（2）发射“天宫”一号的火箭使用的推进剂是液氢和液氧,这种推进剂的优点是　　　　　　　,　　　　　　　　　　　。(请写两条) 
（3）已知:H2(g)+O2(g)=H2O(l)　ΔH="-285.8" kJ·mol-1
H2(g)==H2(l)　ΔH="-0.92" kJ·mol-1
O2(g)==O2(l)　ΔH="-6.84" kJ·mol-1
H2O(l)=H2O(g)　ΔH="+44.0" kJ·mol-1
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式:                             。

（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                     。

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）

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