题目内容

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法。
I.已知反应 Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g) ΔH＝-23.5 kJ·mol-1，该反应在
1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1. 0mol,反应经过l0min后达到平衡。
（1）CO的平衡转化率=____________
（2）欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是________
a．提高反应温度
b．增大反应体系的压强
c．选取合适的催化剂
d．及时吸收或移出部分CO2
e．粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触
Ⅱ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇:
CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题:

（1）从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=________
（2）若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表：

容器
反应物投入的量
反应物的
转化率
CH3OH的浓度
能量变化
(Q1、Q2、Q3均大于0)
甲
1mol CO和2mol H2
α1
c1
放出Q1kJ热量
乙
1mol CH3OH
α2
c2
吸收Q2kJ热量
丙
2mol CO和4mol H2
α3
c3
放出Q3kJ热量
 
则下列关系正确的是________
A．c1=c2     B．2Q1=Q3   C．2α1=α3      D．α1+α2 =1
E．该反应若生成1mol CH3OH，则放出(Q1+Q2)kJ热量
Ⅲ．以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

（1）B极上的电极反应式为                                            
（2）若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为            （标况下）。

I．（1）60％（2分）          （2）d（2分）
Ⅱ．（1）0.15mol/(L·min) （2分）（单位出错给1分）    
（2） A  D  E (3分，有错选不得分)
Ⅲ．（1）  CH4 + 4O2— —8e—= CO2+ 2H2O；（2分） 
（2）    1.12 L（2分）      

解析试题分析：I.（1）令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：
Fe2O3(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO2(g)
开始（mol）：1                 1
变化（mol）：n                 n
平衡（mol）：1-n               n+1
所以n+1/(1-n)=4，解得n=0.6，则CO的平衡转化率为0.6mol/1mol×100%=60%，故答案为：60%； (2)a．该反应正反应是放热反应，提高反应温度，平衡向逆反应移动，CO的平衡转化率降低，故a错误；b．反应前后气体的物质的量不变，减小容器的容积，增大压强平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故b错误；c．加入合适的催化剂，平衡不移动，故c错误；d．移出部分CO2，平衡向正反应移动，CO的平衡转化率增大，故d正确；e．粉碎矿石，使其与平衡混合气体充分接触，平衡不移动，故e错误；故选d； III（1）达到平衡时生成甲醇为：0.75mol/L，则消耗的c（H2）=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v（H2）=△c/△t=1.5mol/L/10min=0.15mol/（L min）（2）A、甲、乙相比较，把乙等效为开始加入1mol CO和2mol H2，和甲是等效的，甲乙是等效平衡，所以平衡时甲醇的浓度c1=c2，故A正确；B、甲、丙相比较，丙中反应物的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2Q1＜Q3，故B错误；C、甲、丙相比较，丙中反应物的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故a1＜a3 ，故C错误；D、甲、乙处于相同的平衡状态，而且反应方向相反，则α1+α2="1" ,故D正确；E、甲、乙处于相同的平衡状态，而且反应方向相反，两个方向转化的和恰好为1mol，所以该反应若生成1mol CH3OH，则放出（Q1+Q2）kJ热量，故E正确；故答案为：ADE；Ⅲ．（1）通入燃料甲烷的电极是负极，通入氧气的电极是正极。负极发生的电极式为CH4 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O。（2）电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O，阴极的反应式是： Cu2++2e-=Cu；2H++e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若两极收集到的气体体积相等，设其物质的量为X。则4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整个反应过程转移电子相等。电子的物质的量为0.4mol.由于每摩尔甲烷失去电子8摩尔，所以需要甲烷的物质的量为0.05摩尔。V（CH4）=0.05摩尔×22.4升/摩尔=1.12 升 。实际上消耗的甲烷体积比理论上大，可能原因是甲烷不完全被氧化，生成C或CO 或 电池能量转化率达不到100%。
考点：本题综合考查了化学平衡、电化学等知识，题目侧重于等效平衡的计算，为该题的难点，也是易错点，注意理解等效平衡问题。

练习册系列答案
相关题目

开发使用清洁能源，发展“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。
（1）甲烷水蒸气转化法制H2的主要转化反应如下：
CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g) △H=+206．2 kJ·mol－1
CH4(g) + 2H2O(g)CO2(g) + 4H2(g) △H=+165．0 kJ·mol－1
上述反应所得原料气中的CO能使合成氨的催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是       。
（2）生产甲醇的原料CO和H2来源于：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)  ΔH>0
①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小关系为___________。(填“<”、“>”、“="”" )；

②100℃时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为1 L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是__________
a．容器内气体密度恒定  
b．单位时间内消耗0．1 mol CH4同时生成0．3 mol H2
c．容器的压强恒定      
d．3v正(CH4) = v逆(H2)
（3）25℃时，在20mL0．1mol/L氢氟酸中加入VmL0．1mol/LNaOH溶液，测得混合溶液的pH变化曲线如图所示，下列说法正确的是_____。

A．pH＝3的HF溶液和pH＝11的NaF溶液中， 由水电离出的c(H+)相等
B．①点时pH＝6，此时溶液中，c(F－)－c(Na+)＝9．9×10-7mol/L
C．②点时，溶液中的c(F－)＝c(Na+)
D．③点时V＝20mL，此时溶液中c(Na+)＝0．1mol/L
（4）长期以来，一直认为氟的含氧酸不存在。1971年美国科学家用氟气通过细冰末时获得HFO，其结构式为H—O—F。HFO与水反应得到HF和化合物A，该反应的化学方程式为                     。

(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_________________________________。

2013年全国各地都遭遇“十面霾伏”。其中，机动车尾气和燃煤产生的烟气对空气质量恶化贡献较大。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)。△H＜0
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υ正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）

（2）机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，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 kJ/mol
2NO2(g)N2O4(g)  △H＝－56.9 kJ/mol
H2O(g) ＝ H2O(l)  ΔH ＝ －44.0 kJ／mol
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式：                                    。
（3）用NH3催化还原NOX也可以消除氮氧化物的污染。如图，采用NH3作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率（注：脱氮率即氮氧化物转化率），
反应原理为：NO(g) +NO2(g)+2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。

①该反应的△S    0，△H     0（填“＞”、“＝”或 “＜”）。
②对于气体反应，用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数（记作KP），
则上述反应的KP＝                。
③以下说法正确的是                 。
A．第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮
（4）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为                        。

（5）硝酸工业尾气中氮氧化物（NO和NO2）可用尿素〔CO(NH2)2〕溶液除去。反应生成对大气无污染的气体。1 mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO2体积比为1:1）的质量为___________g。

工业上制备BaCl2的工艺流程图如下：

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BaSO4(s) + 4C(s)4CO(g) + BaS(s)  △H1＝＋ 571.2 kJ·mol-1    ①
BaSO4(s) + 2C(s)2CO2(g) + BaS(s)  △H2＝＋ 226.2 kJ·mol-1    ②
(1)气体用过量NaOH溶液吸收得到硫化钠。一定浓度的硫化钠溶液因向空气中释放臭味而称为“臭碱”，下列对这一现象的解释你认为最合理的是        （填序号）
A．硫化钠在水溶液中水解生成了NaOH和H2S气体
B．硫化钠溶液因吸收空气中的氧气被氧化生成了NaOH，同时生成有臭味的气体
C．硫化钠溶液水解的过程中因吸收空气中的CO2而放出H2S气体
(2)向同物质的量浓度BaCl2和KBr混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液，先生成     沉淀，当＝         时，开始生成第二种沉淀，随着AgNO3溶液的进一步滴加，此时生成的沉淀以     为主，且会          （填变大、变小、始终不变）。[已知Ksp(AgBr)＝5.4×10-13，Ksp(AgCl)＝2.0×10-10]
(3)反应C(s) + CO2(g)2CO(g)的△H＝         kJ·mol-1。
(4)实际生产中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是                 。

（1） 在一定温度下，测得0.1 mol·L－1CH3COOH溶液的PH为3.0。则CH3COOH在水中的电离为         ，此温度CH3COOH的电离平衡常数为                       。
（2） 在25℃时，Kw＝1.0×10－14，测得0.1 mol·L－1 Na2A溶液的pH＝7。则H2A在水溶液中的电离方程式为                ，该温度下，将0.01 mol·L－1 H2A溶液稀释到20倍后，溶液的pH＝             。
（3） 已知HCN(aq)+NaOH(aq)＝NaCN(aq)+ H2O(l)  ΔH＝－12.1 kJ·mol－1；
HCl(aq) +NaOH(aq)＝NaCl(aq) + H2O(l)  ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
则在水溶液中HCNH++CN－电离的ΔH为               kJ·mol－1

2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+2CO (g)2CO2 (g) +N2 (g)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，如图所示。据此判断：

①该反应的平衡常数表达式为   。
②该反应的ΔH   0（选填“＞”、“＜”）。
③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，在图中画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
① 煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污
染。
CH4(g)＋2NO2(g) = N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) =－867kJ·mol－1
2NO2(g)  N2O4(g)                    =－56.9kJ·mol－1
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式   。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可  达到低碳排放的目的。下图是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。写出上述光电转化过程的化学反应方程式                     。催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是        (填a→b或b→a) 。

国家拟于“十二五”期间将SO2的排放量减少8%，研究SO2综合利用意义重大。
（1）已知25℃时：SO2（g）＋2CO（g）＝2CO2（g）＋Sx（s）  △H＝akJ/mol
2COS（g）＋SO2（g）＝2CO2（g）＋Sx（s）  △H＝bkJ/mol。
则CO与Sx生成COS反应的热化学方程式是________________________。
（2）有人设想按如图所示装置用废气中的SO2生产硫酸。

写出SO2电极的电极反应式__________________________。
（3）提高反应2SO2（g）＋O2（g） 2SO3（g）  △H＜0中SO2的转化率是控制SO2排放的关键措施之一。某课外活动小组进行了如下探究：
①T1温度时，在2L的密闭容器中加入4.0molSO2和2.0molO2，5 min后反应达到平衡，二氧化硫的转化率为50%，前5 min内SO2的平均反应速率为___________。
②在①中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO2的转化率及SO3的平衡浓度都比原来增大的是
_________（填序号）。
a．温度和容器体积不变，充入1.0molHe （g）
b．温度和容器体积不变，充入2molSO2和lmolO2
c．温度和容器体积不变，充入1.0molSO2
d．在其他条件不变时，减小容器的容积
③在其他条件不变的情况下，探究起始时氧气物质的量对2SO2（g）＋O2（g） 2SO3（g）反应的影响，实验结果如图所示。（图中T表示温度，n表示物质的量）：在a、b、c三点所处的平衡状态中，SO2的转化率最高的是____，温度T1______T2（填“＞”“＜”或“＝”）。

运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。
（1）用CO可以合成甲醇。已知：
CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－764.5 kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
则CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH＝________kJ·mol－1
（2）下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是________(填写序号)．
a．使用高效催化剂     b．降低反应温度
c．增大体系压强       d．不断将CH3OH从反应混合物中分离出来

（3）在一定压强下，容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。
①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”)；
②100 ℃时，该反应的化学平衡常数K＝________(mol·L－1)－2；
③在其它条件不变的情况下，再增加a mol CO和2a molH2，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
（4）某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
①利用原电池原理，用SO2、O2和H2O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池的负极的电极反应式________________。
②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下图所示。请写出开始时阳极反应的电极反应式________________。

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