题目内容

17．煤、天然气、石油综合利用是构建节约型、环境友好型社会的必然选择．
（1）利用合成气可以合成甲醇、甲醛等有机物，其催化剂主要是铜、硅、铁、铝的氧化物．
①氧原子的原子结构示意图为．
②下列有关铜、硅、铁、铝单质及其化合物性质的推断正确的是C．
A．常温下，它们的单质都不能和浓硝酸反应
B．它们的氧化物都能和稀硫酸反应
C．硅及其氧化物能和烧碱溶液、氢氟酸反应
D．以石墨为电极电解上述金属盐溶液可以制金属
（2）K=$→_{c（•H_{2}O）}^{c（CO）•c（H_{2}）}$是某化学反应的平衡常数表达式，该化学反应方程式为C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）．
（3）已知在400℃时，利用上述反应获得的氢气合成氨：
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0   此温度平衡常数K=0.5
在0.5L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为1mol、0.5mol、1mol，则此时反应中氨气正反应速率小于 氨气逆反应速率（填“大小”、“小于”或“等于”）．
下列措施能提高合成氨反应速率和氢气转化率的是D．
A．升高温度   B．加入高效催化剂   C．及时分离氨气   D．缩小容器体积
（4）在固定体积的密闭容器中，进行化学反应：
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H
①正反应是吸热反应（填“吸热”或“放热”）．
②在一定条件下，下列变化情况合理且表明该可逆反应达到平衡状态的是BD．
A．容器内压强由大到小至不变      
B．混合气体平均相对分子质量不变
C．混合气体密度保持不变          
D．CH4、H2的消耗速率比为1：3
（5）在某密闭容器中充入一定量CH4、CO2，发生如下反应：
CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g），在一定条件下达到平衡状态时，CH4、CO2、CO、H2的物质的量分别为2mol、1mol、4mol、4mol．则CH4、CO2的转化率比等于3：4．

分析 （1）①氧原子核外有8电子，K、L层分别占据2、6个电子．
②A、铜能与浓硝酸反应；
B、二氧化硅不和稀硫酸反应；
C、硅、二氧化硅都能和氢氧化钠溶液、氢氟酸溶液反应，如硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和氢气；硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水；
D、电解氯化铝溶液、氯化铁溶液得到氢氧化铝、氢氧化铁，因为铝离子、亚铁离子的还原性比氢离子弱；
（2）根据平衡常数表达式知，有碳元素参与反应，又不列入平衡常数表达式，说明碳和水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气，固态碳不列入平衡常数；
（3）计算此时的物质浓度计算浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向，温度不变，平衡常数不变；提高合成氨反应速率和氢气转化率，增大压强、升高温度、增大浓度可以增大反应速率，平衡正向进行可以增大氢气的转化率；
（4）①从图象看，温度升高，平衡常数增大，升温平衡向吸热反应方向进行；
②平衡的标志是正逆反应速率相同，个组成含量保持不变，反应过程中“变量不变”时为判断平衡的依据；
（5）依据化学平衡三段式列式计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）①氧原子核外有8电子，K、L层分别占据2、6个电子，氧原子结构示意图为，故答案为：；
②A、铝常温下发生钝化，铜能与浓硝酸反应，故A错误；
B、氧化铜氧化铁、氧化铝和稀硫酸反应，二氧化硅不和稀硫酸反应，故B错误；
C、硅、二氧化硅都能和氢氧化钠溶液、氢氟酸溶液反应，如硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和氢气；硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，故C正确；
D、电解氯化铝溶液、氯化铁溶液得到氢氧化铝、氢氧化铁，因为铝离子、亚铁离子的还原性比氢离子弱，故D错误．
故答案为：C；
（2）根据平衡常数表达式知，有碳元素参与反应，又不列入平衡常数表达式，说明碳和水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气，固态碳不列入平衡常数，反应的化学方程式为：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），故答案为：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）；
（3）N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0   此温度平衡常数K=0.5
在0.5L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为1mol、0.5mol、1mol，c（NH3）=2mol/L，c（H2）=1mol/L，c（N2）=2mol/L，浓度商Q=$\frac{{2}^{2}}{1×2}$=2＞0.5，温度不变，平衡常数不变，反应向逆方向进行，即此时反应中氨气正反应速率小于氨气逆反应速率；
反应是气体体积减小的放热反应，提高合成氨反应速率和氢气转化率，增大压强、升高温度、增大浓度可以增大反应速率，平衡正向进行可以增大氢气的转化率；
A．升高温度增大反应速率，平衡逆向进行，氢气转化率减小，故A错误；   
B．加入高效催化剂增大反应速率，不改变化学平衡，氢气转化率不变，故B错误；   
C．及时分离氨气，增大氢气转化率，但反应速率减小，故C错误；
D．缩小容器体积，相当于增大压强，反应速率增大，平衡正向进行，氢气转化率增大，故D正确；
故答案为：小于；D；
（4）①从图象看，温度升高，平衡常数增大，平衡正向进行，所以正反应是吸热反应，故答案为：吸热；
②A、恒容恒温条件下，各物质都是气态，气体分子数由小到大，说明容器内气压增大，故A错误；
B、气体总质量不变，气体总物质的量由少到多，气体相对分子质量由大到小至不变时达到平衡状态，故B正确；
C、气体总质量和容器总体积始终不变，气体密度始终不变，不能判断平衡状态，故C错误；
D、消耗氢气速率与生成甲烷速率比为3：1，说明甲烷消耗和生成速率相等，达到平衡状态，故D正确；
故答案为：BD；
（5）在某密闭容器中充入一定量CH4、CO2，发生如下反应：
CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g），在一定条件下达到平衡状态时，CH4、CO2、CO、H2的物质的量分别为2mol、1mol、4mol、4mol，设起始量二氧化碳和甲烷分别为a、b，则
        CO2+CH4 =2CO+2H2
开始：a    b       0    0
变化  2 mol 2mool  4mol   4mol
平衡：1mol  2mol   4mol 4mol
a=3mol，b=4mol
则CH4、CO2的转化率=$\frac{2}{4}$：$\frac{2}{3}$=3：4，
故答案为：3：4．

点评 本题考查了物质结构、性质的分析，化学平衡影响因素，平衡标志的理解应用，平衡常数，反应速率，转化率的概念计算分析应用，掌握基础是关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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