题目内容

(16分) 氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO2与过量焦炭在1300-1700oC的氮气流中反应制得3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g） Si3N4（s）+6CO（g）
（1）上述反应氧化剂是                ，已知该反应每转移1mole—，放出132．6kJ的热量，该方程式的?H =                 。
（2）能判断该反应（在体积不变的密闭容器中进行）已经达到平衡状态的是（       ）
A．焦炭的质量不再变化               B．N2和CO速率之比为1:3
C．生成6molCO同时消耗1mol Si3N4    D．混合气体的密度不再变化
（3）下列措施中可以促进平衡右移的是（       ）
A．升高温度   B．降低压强    C．加入更多的SiO2    D．充入N2
（4）该反应的温度控制在1300-1700oC的原因是             。
（5）某温度下，测得该反应中N2和CO各个时刻的浓度如下，求0—20 min内N2的平均反应速率           ，该温度下，反应的平衡常数K＝               。
时间/min
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
N2浓度/mol·L-1
4．00
3．70
3．50
3．36
3．26
3．18
3．10
3．00
3．00
3．00
CO浓度/mol·L-1
0．00
0．90
1．50
1．92
2．22
2．46
2．70
 
 
 
(16分) （1）N2（2分），?H= -1591．2 kJ/mol（2分）
（2）ACD（2分）  （3）BD（2分）
（4）温度太低，反应速率太低；该反应是放热反应，温度太高，不利于反应向右进行。（2分）
（5）3．70×10-2mol·L-1·min-1 （3分）   81．0 mol4·L-4（3分）
（1）反应中氮元素的化合价从0价降低到－3价，得到电子，所以氮气是氧化剂。2mol氮气得到12mol电子，所以△H＝－132．6kJ/mol×12＝－1591．2 kJ/mol。
（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以A正确。速率之比是相应的化学计量数之比，因此B中的关系始终是成立，不正确。C中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，正确。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但质量是变红的，所以D不正确。答案选ACD。
（3）考查外界条件对反应速率的影响。正反应是放热的、调节增大的可逆反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，降低压强，平衡向正反应方向移动，A不正确，B正确。二氧化硅是固体，不影响平衡状态，C不正确。增大氮气浓度，平衡向正反应方向移动，D正确，答案选BD。
（4）由于温度太低，反应速率太低；但反应是放热反应，温度太高，又不利于反应向右进行，所以温度控制在1300～1700oC。
（5）0—20 min内N2的浓度减小了4.00mol./L－3.26mol/L＝0.74mol/L、所以反应速率是。平衡时氮气和CO的浓度分别是3.00mol/L和（2.70＋0.30）mol/L＝3.00mol/L，所以平衡常数K＝。
练习册系列答案
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人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。
I.最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，则在电解法合成氨的过程中，应将H2不断地通入_________极（填“阴”或“阳”） ；向另一电极通入N2，该电极的反应式为__________________________。
II.据报道，在一定条件下，N2在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH3，相应的反应方程式为：2N2(g)＋6H2O(g)4NH3(g)＋3O2(g)  △H＝Q。
（1）上述反应的平衡常数表达式为_______________。
（2）取五份等体积N2和H2O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述反应的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则下图所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是_______（选填字母代号），图中△H的绝对值为1530kJ·mol-1。

III.目前工业合成氨的原理是：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   △H＝－93.0kJ/mol。
回答下列问题：
（1）结合II中的数据，则O2(g)＋2H2(g)＝2H2O(g)的△H＝______________。
（2）在一定温度下，将1molN2和3mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol。
①达平衡时，H2的转化率α1＝______________。
②在相同条件下，若起始时只将NH3置于该容器中，达到平衡状态时NH3的转化率为α2，当α1＋α2＝1时，则起始时NH3的物质的量n(NH3)＝_____________mol。
(14分) 研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)利用反应6NO2＋8NH37N2＋12H2O可处理NO2。当转移3.6mol电子时，生成的N2在标准状况下是       L。
(2)已知：反应1：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  ΔH =" —196.6" kJ·mol-1
反应2：NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)  ΔH = —41.8kJ·mol-1
则反3：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的  ΔH =" _________" kJ·mol-1
(3) 一定条件下，将2molNO与2molO2置于恒容密闭容器中发生上述反应3，下列各项能说明反应达到平衡状态的是       。
a．体系压强保持不变                  b．混合气体颜色保持不变
c．NO和O2的物质的量之比保持不变     d．每消耗1 molO2同时生成2 molNO2
(4)CO可用于合成甲醇，一定温度下，向体积为2L的密闭容器中加入CO和H2，发生反应CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），达平衡后测得各组分浓度如下：
物质
CO
H2
CH3OH
浓度(mol?L—1)
0.9
1.0
0.6
①混合气体的平均相对分子质量__________________________。
②列式并计算平衡常数K=__________________________。
③若将容器体积压缩为1L,不经计算，预测新平衡中c(H2)的取值范围是__________。
④若保持体积不变，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH,此时v正___v逆(填“>”、“<”或“=”)。
（19分）N2O5是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注。
（1）N2O5与苯发生硝化反应生成的硝基苯的结构简式是______________。
（2）一定温度下，在恒容密闭容器中N2O5可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)；ΔH＞0
①反应达到平衡后，若再通入一定量氮气，则N2O5的转化率将______（填“增大”、“减小”、“不变”）。
②下表为反应在T1温度下的部分实验数据：
t/s
0
500
1000
c(N2O5)/mol·L－1
5.00
3.52
2.48
则500 s内N2O5的分解速率为________________。
③在T2温度下，反应1000 s时测得NO2的浓度为4.98 mol·L－1，则T2________T1。（填>、<或＝）
（3）如右图所示装置可用于制备N2O5，则N2O5在电解池的______区生成，其电极反应式为_______。
下列叙述中正确的是
A．锅炉中沉积的CaSO4可用Na2CO3溶液浸泡后，再将不溶物用稀盐酸溶解去除
B．向沸水中滴加FeCl3饱和溶液制备Fe(OH)3胶体的原理是加热促进了Fe3+水解
C．向纯水中加入盐酸或降温都能使水的离子积减小，电离平衡逆向移动
D．反应2A(g) + B(g) =" 3C" (s) + D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0
（共10分）二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用焦炭与水蒸气在高温下的反应产物（水煤气）合成二甲醚。请回答下列问题：
（1）、制水煤气的主要化学反应方程式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）、煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）、利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
　　① 2H2(g)CO(g)CH3OH(g)90.8 kJ
　　② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)23.5 kJ
　　③ CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)41.3 kJ
　　总反应：3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)Q，其中Q　　　　　kJ；
　　一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是
　　　　　（填字母代号）。
a．低温高压                b．加入催化剂            c．减少CO2的浓度     d．增加CO的浓度
（4）、已知某温度下反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)在一密闭容器中进行到10min时恰好达平衡，测得各组分的浓度如下：
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度／(mol·L)
0.44
0.6
0.6
　　比较此时正、逆反应速率数值（单位相同）的大小：(甲醇)　　　(水)（填“＞”、“＜”或“＝”)。
　　反应开始时(CH3OH) 　　　　　；
　　该时间内的平均反应速率(CH3OH)　　　　　；
　　该温度下反应的平衡常数值为　　　　　。（精确到0.01）
(17分)I．工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法：

将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如下图所示(实线)。图中数据a(1，6)表示：在1 min时H2的物质的量是6 mol。

（1）a点正反应速率            (填“大于”“等于”或“小于”)逆反应速率。其化学平衡常数K=            
(2)下列时间段平均反应速率最大的是                     ，
A．O～1 minB．1～3 minC．3～8 minD．8～11 min
(3)仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。曲线I对应的实验条件改变是               ，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是                 ，体积不变再充入3molCO2和4 mol H2,H2O(g)的体积分数                 （填“增大”“不变”或“减小”）
Ⅱ．某实验小组欲探究反应速率与温度的关系,现有1mol／L的KI溶液、0．1mol／L的H2S04溶液、淀粉溶液，则实验时这几种试剂的加入顺序为：KI溶液、                  、                 ；
反应的方程式为                             
Ⅲ. 粗镍样品中含Fe、Zn、Ag、Cu等四种金属杂质，为获得高纯度的镍，某兴趣小组同学拟用铅蓄电池为电源，粗镍及石墨为电极，电解硝酸镍溶液对粗镍进行提纯。
(1)电解结束后，在阳极附近的沉淀物中，主要的金属单质为              (填化学式)。

(2) 若按上图所示连接对铅蓄电池进行充电。充电一段时间后。则在A电极上生成              (填化学式)。B电极上的电极反应式为             ；充电完毕。铅蓄电池的正极是            极(填“A”或“B”)。
(3)如用甲烷燃料电池为电源，在25℃、101 kPa时，若CH4在氧气中直接燃烧生成1 mol水蒸气放热401 kJ，而l g水蒸气转化成液态水放热2．445 kJ，则CH4的燃烧热为                   (取整数)kJ·mol-。
(20分)能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。(1) 在25℃、101 kPa时，16 g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31 kJ，则CH4燃烧的热化学方程式为__________________________________________。
(2) 已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)；ΔH＝－437.3 kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(g)；ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g)；ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
则煤气化反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) 的焓变ΔH＝_____________。
(3) 高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：
FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)  ΔH>0，已知在1100℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263。
① 温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，此时平衡常数K值__________（填“增大”、“减小”或“不变”）；
② 1100℃时测得高炉中，c(CO2)=0.025mol·L-1，c(CO)="0.1" mol·L-1，则在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态____________（填“是”或“否”），其判断依据是______
____________________________________________________________。
(4) 如下图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH4为负极，O2和CO2的混合气体为正极，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO4溶液的体积为200 mL。

① 甲装置中气体A为        （填“CH4”或“O2和CO2”），d极上的电极反应式为
_____________________________________。
② 乙装置中a极上的电极反应式为__________________________________。
若在a极产生112mL(标准状况)气体，则甲装置中消耗CH4________ mL (标准状况)，乙装置中所得溶液的pH=__________。（忽略电解前后溶液体积变化）
③ 如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na2SO4溶液，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为__________________________(用含w、a的表达式表示，不必化简)。
（16分）下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

（1）该产业链中合成氨的反应在较低温下能否自发进行？              。
（2）已知该产业链中某反应的平衡表达式为：   
它所对应的化学反应为：                                           。
（3）已知在一定温度下，各反应的平衡常数如下：
C（s）+CO2（g）  2CO（g），K1    
CO（g）+H2O（g   H2（g）+CO2（g），K2
C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g），K3
则K1、K2、K3之间的关系是：                              。 
（4）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)，该反应平衡常数随温度的变化如下：
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
该反应的正反应方向是        反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：          。
（5）从图中看出氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO2、N2O4等。已知NO2和N2O4的结构式分别是和。已知N－N键键能为167kJ·mol－1，NO2中氮氧键的键能为466kJ·mol－1，N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ·mol－1。请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式为                                     。
对反应N2O4(g) 2NO2(g)，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。

下列说法正确的是　　　　。
A．A、C两点的反应速率：A＞C                 
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C     
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（6）以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式                                                         。

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