题目内容

6．碳及其化合物有广泛的用途．
（1）反应C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）；△H=+131.3kJ•mol-1，达到平衡后，体积不变时，以下有利于提高H2产率的措施是BC．
A．增加碳的用量
B．升高温度
C．用CO吸收剂除去CO
D．加入催化剂．
（2）已知，C（s）+CO2（g）?2CO（g）；△H=+172.5kJ•mol-1，则反应 CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）的△H=-41.2kJ•mol-1．
（3）CO与H2一定条件下反应生成甲醇（CH3OH），甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨做电极，该电池负极反应式为CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+．
（4）在一定温度下，将CO（g）和H2O（g）各0.16mol分别通入到体积为2.0L的恒容密闭容器中，发生以下反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），得到如下数据：
t/min2479
n（H2O）/mol0.120.110.100.10
①其他条件不变，降低温度，达到新平衡前v（逆）＜v（正）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②该温度下，此反应的平衡常数K=0.36．
③其他条件不变，再充入0.1mol CO和0.1mol H2O（g），平衡时CO的体积分数不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．

分析 （1）提高H2的产率，应改变条件使平衡正向移动，结合平衡移动原理分析解答；
（2）已知：①C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）；△H=+131.3kJ•mol-1
②C（s）+CO2（g）?2CO（g）；△H=+172.5kJ•mol-1
根据盖斯定律，①-②可得：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，酸性条件下生成二氧化碳，由电荷守恒可知还有氢离子生成；
（4）①由（2）中可知该反应为放热反应，降低温度平衡逆向移动，到达新平衡前正反应速率更大；
②7min到达平衡，平衡时水为0.1mol，则：
             CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）：0.16   0.16      0      0
变化量（mol）：0.06   0.06      0.06   0.06
平衡量（mol）：0.1    0.1       0.06   0.06
反应前后气体物质的量不变，用物质的量代替浓度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$计算平衡常数；
③其他条件不变，再充入0.1mol CO和0.1mol H2O（g），与原平衡中CO、H2O的起始物质的量之比均为1：1，反应前后气体体积不变，恒温恒容下为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等．

解答 解：（1）①A．碳为固体，增加碳的用量不影响平衡移动，H2的产率不变，故A错误；
B．正反应为吸热反应反应，升高温度，平衡正向移动，H2的产率增大，故B正确；
C．用CO吸收剂除去CO，平衡正向移动，H2的产率增大，故C正确，
D．加入催化剂，可以加快反应速率，但不影响平衡移动，H2的产率不变，故D错误，
故选：BC；
（2）已知：①C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）；△H=+131.3kJ•mol-1
②C（s）+CO2（g）?2CO（g）；△H=+172.5kJ•mol-1
根据盖斯定律，①-②可得：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），△H=131.3kJ•mol-1-131.3kJ•mol-1=-41.2kJ•mol-1，
故答案为：-41.2；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，酸性条件下生成二氧化碳，由电荷守恒可知还有氢离子生成，负极电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+，
故答案为：CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+；
（4）①由（2）中可知该反应为放热反应，降低温度平衡逆向移动，达到新平衡前v（逆）＜v（正），
故答案为：＜；
②7min到达平衡，平衡时水为0.1mol，则：
              CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）：0.16    0.16     0       0
变化量（mol）：0.06    0.06     0.06    0.06
平衡量（mol）：0.1     0.1      0.06    0.06
反应前后气体物质的量不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.06×0.06}{0.1×0.1}$=0.36，
故答案为：0.36；
③其他条件不变，再充入0.1mol CO和0.1mol H2O（g），与原平衡中CO、H2O的起始物质的量之比均为1：1，反应前后气体体积不变，恒温恒容下为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等，平衡时CO的体积分数不变，
故答案为：不变．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、反应热计算、原电池等，（4）中③注意利用等效平衡分析解答，避免利用平衡常数计算解答的繁琐．

练习册系列答案
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18．下列过程，不属于化学变化的是（　　）
A．干冰制冷B．高炉炼铁C．醋酸除垢D．纯碱去油
19．下列叙述中正确的是（　　）
A．NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中
B．能使润湿的淀粉KI试纸变成蓝色的物质一定是Cl2
C．某溶液中加入CCl4，CC14层显紫色，证明原溶液中存在I-
D．某溶液中加入BaCl2溶液，产生不溶于稀硝酸的白色沉淀，该溶液一定含有SO42-
16．欲配制100mL 1.0mol/LNa2CO3溶液，正确的方法是（　　）
A．称量10.6 g Na2CO3溶于100 mL水中
B．称量28.6 g Na2CO3•10H2O溶于少量水中，再用水稀释至100 mL
C．量取20 mL 5.0 mol/L Na2CO3溶液用水稀释至100 mL
D．配制80 mL 1.0 mol/L Na2CO3溶液，则只需要称量8.5 g Na2CO3
1．碳及其化合物有广泛应用
（1）工业冶炼铝，以石墨为阳极．阳极反应式为2O2--4e-=O2↑，可能发生副反应有C+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO2（或2C+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO）．
（2）一氧化碳和空气在酸性介质中构成燃料电池，负极反应式为CO-2e-+H2O=CO2+2H+
（3）向75mL 4mol•L-1KOH溶液中缓慢通入4480mL CO2气体（标准状况）恰好完全被吸收．
①写出该反应的离子方程式：2CO2+3OH-=CO32-+HCO3-+H2O．
②该吸收溶液中离子浓度大小排序为c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
③常温下，a mol•L-1KHCO3溶液的pH=8，HCO3-的水解常数约等于$\frac{1{0}^{-12}}{a-1{0}^{-6}}$．（用含a式表示）．
（4）已知：①2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H1=-571.6kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2=-566.0kJ•mol-1
③CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H3=-90.8kJ•mol-1
计算甲醇蒸气的燃烧热△H=-763.8kJ•mol-1．
（5）某温度下，发生可逆反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.0kJ•mol-1
①向某容器中充入1.0mol H2O和1.0mol CO （g），在一定条件下发生上述反应．混合气体中CO的物质的量与时间关系如下列所示：
05min10min15min20min25min
Ⅰ（800℃）1.00.800.700.650.500.50
Ⅱ（800℃）1.00.70.600.500.500.50
相对实验I，实验II可能改变的条件可能是增大压强（或缩小体积）、加催化剂，该温度下，平衡常数=1．
②若开始向绝热容器中投入一定量二氧化碳、氢气在一定条件下发生上述可逆反应．
下列图象正确且说明可逆反应达到平衡状态的是A．（填序号）
11．在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4（g）?2NO2（g）△H，随温度升高，混合气体的颜色变深．

回答下列问题：
（1）反应的△H＞0（填“＞”或“＜”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图1所示．在0～60s时段，平均反应速率v（NO2）为0.002mol?L-1?s-1，反应的平衡常数K为0.36．
（2）100℃时达到平衡后，改变反应温度为T，c（N2O4） 以0.0020mol?L-1?s-1的平均速率降低，经10s又达到平衡．则T大于100℃（填“大于”或“小于”）．
（3）利用图2（a）和（b）中的信息，按图（b）装置（连通的A、B瓶中已充有NO2气体）进行实验．可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的深（填“深”或“浅”），其原因是N2O4（无色）?2NO2（红棕色）△H＞0，是吸热反应，而双氧水的分解反应是放热反应，当右边双氧水分解时，放出的热量会使B瓶升温，从而使瓶中反应朝正反应方向移动，即向生成NO2移动，故B瓶颜色更深．
18．红矾钠（重铬酸钠：Na2Cr2O7•2H2O）是重要的化工原料，工业上用铬铁矿（主要成分是FeO•Cr2O3）制备红矾钠的过程中会发生如下反应：4FeO+Cr2O3（s）+8Na2CO3（s）+7O2?8Na2CrO4（s）+2Fe2O3（s）+8CO2△H＜0

（1）请写出上述反应的化学平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{8}（C{O}_{2}）}{{c}^{7}（{O}_{2}）}$．
（2）图1、图2表示上述反应在t1时达到平衡，在t2时因改变某个条件而发生变化的曲线．由图1判断，反应进行至t2时，曲线发生变化的原因是对平衡体系降温（用文字表达）；由图2判断，t2到t3的曲线变化的原因可能是b（填写序号）．
a．升高温度     b．加了催化剂      c．通入O2      d．缩小容器体积
（3）工业上可用上述反应中的副产物CO2来生产甲醇：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），
①已知该反应能自发进行，则下列图象图3正确的是AC
②在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图4所示（注：T1、T2均大于300℃）；下列说法正确的是CD（填序号）

A．温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率：v（CH3OH）=$\frac{{n}_{A}}{{i}_{A}}$ mol•L-1•min-1
B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
C．该反应为放热反应
D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
③在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，CO2转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为1-$\frac{a}{2}$．
15．碳、氮广泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能优良，在工业生产和科技领域有重要用途．

（1）氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO2与过量焦炭在1300～1700°C的氮气流中反应制得：3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g）?Si3N4（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，则该反应每转移1mole-，可放出的热量为132.6kJ．
（2）高温时，用CO还原MgSO4可制备高纯MgO．
①750℃时，测得气体中含等物质的量的SO2和SO3，此时反应的化学方程式是CO+2MgSO4 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO2+SO2+SO3．
②由MgO制成的Mg可构成“镁-次氯酸盐”电池，其装置示意图如图1，该电池的正极反应式为ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-．
（3）某研究小组将三组CO（g）与H2O（g）的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），得到如下数据：
实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达平衡所需时间/min
COH2OCOH2
1650240.51.55
2900120.50.5-
①实验Ⅰ中，前5min的反应速率v（CO2）=0.15mol/（L．min）．
②下列能判断实验Ⅱ已经达到平衡状态的是（填写选项序号）ad．
a．容器内CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化      b．容器内压强不再变化
c．混合气体的密度保持不变                d．v正（CO）=v逆（CO2）
e．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
③若实验Ⅲ的容器是绝热的密闭容器，实验测得H2O（g）的转化率H2O%随时间变化的示意图如图2所示，b点v正＞v逆（填“＜”、“=”或“＞”），t3～t4时刻，H2O（g）的转化率H2O%降低的原因是该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行．
16．碱式氧化镍（NiOOH）可用作镍氢电池的正极材料．以含镍（Ni2+）废液为原料生产NiOOH的一种工艺流程如下：

（1）加入Na2CO3溶液时，确认Ni2+已经完全沉淀的实验方法是静置，在上层清液中继续滴加1～2滴Na2CO3溶液，无沉淀生成
（2）已知Ksp[Ni（OH）2]=2×10-15，欲使NiSO4溶液中残留c（Ni2+）≤2×10-5 mol•L-1，调节pH的范围是pH≥9
（3）写出在空气中加热Ni（OH）2制取NiOOH的化学方程式：4Ni（OH）2+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H2O
（4）若加热不充分，制得的NiOOH中会混有Ni（OH）2，其组成可表示为xNiOOH•yNi（OH）2．现称取9.18g样品溶于稀硫酸，加入100mL 1.0mol•L-1 Fe2+标准溶液，搅拌至溶液清亮，定容至200mL．取出20.00mL，用0.010mol•L-1 KMnO4标准溶液滴定，用去KMnO4标准溶液20.00mL，试通过计算确定x、y的值．涉及反应如下（均未配平）：
NiOOH+Fe2++H+--Ni2++Fe3++H2O
Fe2++MnO${\;}_{4}^{-}$+H+--Fe3++Mn2++H2O
则x=9；y=1．

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