题目内容

（15分）资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。
（1）以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知：
①2NH3（g）＋ CO2（g）＝ NH2CO2NH4（s）    △H ＝ -159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4（s）＝ CO(NH2)2（s）＋ H2O（g） △H ＝ +116.49 kJ·mol-1
③H2O（l）＝ H2O（g） △H ＝+88.0 kJ·mol-1
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式                           。
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)  ΔH＜0
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2：0.2mol·L—1，H2：0.8mol·L—1，CH4：0.8mol·L—1，H2O：1.6mol·L—1，起始充入CO2和H2的物质的量分别为         、          。CO2的平衡转化率为              。
②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充入1 molCO2,和4 molH2，在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g) ，300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是                （填字母）。

A．容器I、II中正反应速率相同
B．容器I、II中CH4的物质的量分数相同
C．容器I中CO2的物质的量比容器II中的多
D．容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1
（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2零排放，其基本原理如图所示：

①上述生产过程的能量转化方式是       。
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为               ，阴极的电极反应式为                          。

（1）2NH3（g）＋ CO2（g）＝CO(NH2)2（s）＋H2O（l）△H ＝—130.98 kJ·mol－1 （3分）
（2）①2mol（1分）；8mol（1分）；80% （2分） ②CD（2分）
（3）①太阳能和电能转化为化学能（2分）
②2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑（2分）；3CO2+4e－=C+2CO32－（2分）

解析试题分析：（1）由①＋②－③可得：2NH3(g)＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝—130.98 kJ·mol－1 （3分）
（2）①假设起始的二氧化碳的物质的量为xmol，氢气的物质的量为ymol：
CO2(g)    +    4H2(g)         CH4(g)   +    2H2O(g)  ΔH＜0
起始物质的量：    xmol         ymol                0             0
转化物质的量：   1.6mol        6.4mol              1.6mol         3.2mol
平衡物质的量：  0.4mol         1.6mol              1.6mol         3.2mol
那么：x＝0.4mol＋1.6mol＝2.0mol      y＝6.4mol＋1.6mol＝8.0mol
CO2的平衡转化率为：
②A、容器I、II中的起始反应物不一样，因此正反应速率不一定相等，错误；B、如果不是一个绝热容器，那么在两个容器中按题中的投料是等效平衡，也就是说两个容器中甲烷的含量应该相等，但这是一个绝热的容器，如果是二氧化碳和氢气生成甲烷和水，正反应是放热反应，放出的热量使容器温度升高，升高温度会使得平衡逆向移动，使得甲烷的含量比前述的等效平衡时的要低，而投入甲烷和水，生成的是二氧化碳和氢气，要吸热，使得体系的温度降低，而温度的降低使得平衡正向移动，使得甲烷的含量比前述的等效平衡时的要高，因此容器I、II中CH4的物质的量分数不相同，错误；C、容器I中是在前述等效平衡的基础上逆向移动，容器II中是在前有识述等效平衡的基础上正向移动，所以容器I中CO2的物质的量比容器II中的多，正确；D、如果按照等效平衡来考虑的话，容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和等于1，但这是在绝热容器中，是在等效平衡的基础上又分别进行了移动，因此，容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1，正确。
（3）①从图中可知装置是将太阳能和电能转化为化学能（2分）
②阳极是失去电子的反应：2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑；阴极是得到电子的反应，得电子的物质只能是二氧化碳：3CO2+4e－=C+2CO32－。
考点：考查反应热、化学平衡以及电化学的有关知识。

练习册系列答案
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化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。现提供H2燃烧反应中有关物质的化学键键能： H—H键键能为Q1 kJ·mol－1、H—O键键能为Q3 kJ·mol－1、O2分子内氧原子间的键能为Q2 kJ·mol－1。
(1)请根据上述数据，在图中标注的数字处，填出能量变化的数值或根据箭头的指向填写能量变化是“放出”热量还是“吸收”热量。

(2)请写出1 molH2燃烧生成液态水的热化学反应方程式：____________________________。

能源问题是当前人类社会面临的一项重大课题，H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为285.8 kJ/mol、282.5 kJ/mol、726.7 kJ/mol。请回答：
(1)已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇：CO+2H2=CH3OH。则H2与CO反应生成CH3OH的热化学方程式为：                                       。
(2)如图为某种燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。

①使用时，空气从      口通入(填“A”或“B”)；
②假设使用的“燃料”是甲醇，a极的电极反应式为：                     ________________
③假设使用的“燃料”是水煤气(成分为CO、H2)用这种电池电镀铜，待镀金属增重6.4 g，则至少消耗标准状况下水煤气的体积为     。

工业上制备 BaC12 的工艺流程图如图所示：

某研究小组在实验室用重晶石（主要成分BaSO4）对工业过程进行模拟实验。查表得：

（1）反应C(s) + CO2(g)2CO(g)的△H =         kJ/mol
（2）过滤过程中需要使用玻璃棒，玻璃棒的作用是                               。
（3）盐酸溶解焙烧的固体后，产生的气体用过量 NaOH 溶液吸收，得到硫化钠溶液。 Na2S 水解的离子方程式为                                            。
（4）向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时， =         。[已知：
Ksp(AgBr) = 5.4×10─13 , Ksp(AgCl) = 2.0×10─10]

研究化学反应中的能量变化有重要意义。请根据学过知识回答下列问题：
（1）已知一氧化碳与水蒸气反应过程的能量变化如下图所示：

①反应的热化学方程式为____________________________________________。
②已知： 
则                 
（2）化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成（或拆开）1 mol化学键时释放（或吸收）的能量。已知：N≡N键的键能是948.9kJ·mol－1，H－H键的键能是436.0 kJ·mol－1； N－H键的键能是391.55 kJ·mol－1。则1/2N2(g) + 3/2H2(g) ="=" NH3(g)    ΔH =                。

光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下CO与Cl2在活性炭催化下合成。
（1）氯气工业上来源于氯碱工业，氯碱工业的化学方程式为                          
（2）工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO和H2，已知CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为－890.3 kJ/mol、－285.8kJ/mol和－283.0 kJ/mol，则该反应的热化学方程式为：_____                                     _____；
（3）COCl2的分解反应为COCl2(g)  Cl2(g) + CO(g) △H =" +108" kJ/mol。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线来示出)：

①计算反应在第8 min时的平衡常数K = __________(保留小数点后两位数字)
②比较第2 min反应温度T（2）与第8 min反应温度(T8)的高低：T（2）____T（8）(填“<”、 “>”或“=”)；
③若12 min时反应于温度T（8）下重新达到平衡，则此时c(COCl2) = ______mol/L；
④比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以V(2—3)、 V(5—6)、 V(l2－13)表示]的大小____________；
⑤反应物COCl2在5－6 min和15－16 min时平均反应速率的大小为：V(5－6) > V(15－16)，原因是__              _____________。

按要求写出下列方程
（1）碳酸钠溶液呈碱性的原因，用离子方程表示                    。
（2）用锌保护海底钢铁设施，其中负极发生的电极反应为：           。
（3）含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式                                       。
（4）氢氧化镁溶解在浓的氯化铵溶液，用离子方程表示                    。
（5） Al（OH）3的电离反应方程式:                                             。

海底蕴藏着大量的“可燃冰”。用甲烷制水煤气（CO、H2），再合成甲醇来代替日益供应紧张的燃油。
已知：① CH4(g)＋H2O (g)＝CO (g)＋3H2 (g)    △H1＝+206.2kJ·mol-1
② CH4(g)＋O2(g)＝CO(g)＋2H2(g)    △H2=－35.4 kJ·mol-1
③ CH­­4 (g)＋2H2O (g)＝CO­2 (g)＋4H2 (g)  △H3＝+165.0 kJ·mol-1
（1）CH4(g)与CO2 (g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为    。
（2）从原料、能源利用的角度，分析反应②作为合成甲醇更适宜方法的原因是    。
（3）水煤气中的H2可用于生产NH3，在进入合成塔前常用[Cu(NH3)2]Ac溶液来吸收其中的CO，防止合成塔中的催化剂中毒，其反应是： [Cu(NH3)2]Ac + CO + NH3  [Cu(NH3)3]Ac·CO   △H＜0
[Cu(NH3)2]Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是    。
（4）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如下图（A、B为多孔性石墨棒）。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL。0＜V≤44.8 L时，电池总反应方程式为    。

② 44.8 L＜V≤89.6 L时，负极电极反应为    。
③ V="67.2" L时，溶液中离子浓度大小关系为    。

（I）下图是工业生产硝酸铵的流程。

（1）吸收塔C中通入空气的目的是                           。A、B、C、D四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是         （填字母）。
（2）已知：4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) +6H2O(g)    △H =－1266.8kJ/mol
N2(g) + O2(g) = 2NO(g)     △H =" +180.5" kJ/mol
写出氨高温催化氧化的热化学方程式：                                                          
（II）某合作小组同学将铜片加入稀硝酸，发现开始时反应非常慢，一段时间后反应速率明显加快。该小组通过实验探究其原因。
（3）该反应的离子方程式为___________________________________________________。
（4）提出合理假设。该实验中反应速率明显加快的原因可能是_____________________。
A．反应放热导致温度升高           B．压强增大
C．生成物有催化作用              D．反应物接触面积增大
（5）初步探究。测定反应过程中溶液不同时间的温度，结果如下表：

时间/min
0
5
10
15
20
25
35
50
60
70
80
温度/℃
25
26
26
26
26
26
26.5
27
27
27
27
 
结合实验目的和表中数据，你得出的结论是__________________________________。
（6）进一步探究。查阅文献了解到化学反应的产物（含中间产物）可能对反应有催化作用，请完成以下实验设计表并将实验目的补充完整：
实验
编号
铜片
质量/g
0.1mol·L-1的
硝酸体积/mL
硝酸铜
晶体/g
亚硝酸钠
晶体/g
实验目的
①
5
20
_______
_______
实验①和②探究_________的影响；实验①和③探究亚硝酸根的影响。
②
5
20
0.5
0
③
5
20
0
0.5
 

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