题目内容

(1)合成氨反应的热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ·mol－1
已知合成氨反应是一个反应物不能完全转化为生成物的反应，在某一定条件下，N2的转化率仅为10%，要想通过该反应得到92.2  kJ的热量，至少在反应混合物中要投放N2的物质的量为________ mol。
(2)肼(N2H4)－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式：__________________________，
负极的电极反应式：__________________________。
(3)如图是一个电解过程示意图。

①锌片上发生的电极反应式是：_______________________
②假设使用肼－空气燃料电池作为该过程中的电源，铜片质量变化为128 g，则肼－空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气________L(假设空气中氧气体积分数为20%)。

(1)10
(2)O2＋4e－＋2H2O=4OH－
N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑
(3)①Cu2＋＋2e－=Cu　②112

解析

练习册系列答案
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（17分）CO和H2的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气（主要成分为CH4）与水进行高温重整制备合成气。
（1） 已知：CH4、H2和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式                  。
（2）在一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4和0.60mol H2O(g)，测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

    时间/min
物质 浓度
 		0
 		1
 		2
 		3
 		4
 
CH4
 		0.2mol·L—1
 		0.13 mol·L—1
 		0.1 mol·L—1
 		0.1 mol·L—1
 		0.09 mol·L—1
 
H2
 		0 mol·L—1
 		0.2 mol·L—1
 		0.3 mol·L—1
 		0.3 mol·L—1
 		0.33 mol·L—1
 
①3—4min之间，化学平衡向___   ____反应方向移动（填“正”或“逆”）。
②3min时改变的反应条件是____________________（只填一种条件的改变）
（3）已知温度、压强、投料比X〔n(CH4)/n(H2O)〕对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X1____X2(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：p1_______p2
（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池
①放电时，正极的电极反应式_______________________________________
②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为                     ____。

苯乙烯是重要的基础有机原料。工业中用乙苯（C6 H5- CH2 CH3）为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯（C6 H5- CH= CH2）的反应方程式为：
C6 H5- CH2 CH3 (g)C6 H5- CH=CH2 (g) +H2(g)    ΔH1
(1)向体积为VL的密闭容器中充入a mol乙苯，反应达到平衡状态时，平衡体系组成（物质的量分数）与温度的关系如图所示：

由图可知：在600℃时，平衡体系中苯乙烯的物质的量分数为25%，则：
① 氢气的物质的量分数为          ；乙苯的物质的量分数为          ；
② 乙苯的平衡转化率为          ；
③ 计算此温度下该反应的平衡常数（请写出计算过程）。
（2） 分析上述平衡体系组成与温度的关系图可知：△H1     0（填“＞、=或＜” ­)。
（3）已知某温度下，当压强为101.3kPa时，该反应中乙苯的平衡转化率为30%；在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则乙苯的平衡转化率     30%（填“＞、=、＜” ­)。
（4）已知：
3C2 H2 (g) C6 H6 (g)  ΔH2
C6 H6 (g)  + C2H4 (g)  C6 H5- CH2CH3 (g)      ΔH3
则反应3C2H2 (g)+ C2H4 (g)  C6 H5- CH=CH2 (g) +H2(g) 的ΔH=            。

（16分）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。t℃时，往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H2)=0.12mol·L-1。则该温度下此反应的平衡常数K=    （填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T1   300℃（填“>”、“<”或“=”）。

T/℃
T1
300
T2
K
1.00×107
2.45×105
1.88×103
 
（3）氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水，科学家利用此原理，设计成“氨气-氧气”燃料电池，则通入氨气的电极是         （填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为                      。
（4）用氨气氧化可以生产硝酸，但尾气中的NOx会污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H= －574kJ·mol－1
CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   △H= －1160kJ·mol－1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为                                       。
（5）某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂，测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图。据图分析，若不使用CO，温度超过775K，发现NO的转化率降低，其可能的原因为                                   ；在n(NO)/n(CO)=1的条件下，应控制的最佳温度在      左右。

甲醇是一种可再生的优质燃料，用途广泛，研究其作用具有广阔前景。
（1）已知在常温常压下，测得反应的反应热如下：
① 2CH3OH(l)+ 3O2(g)  2CO2(g) +4H2O(g)  ?H1= －1275．6 kJ/mol
② 2CO(g) +O2(g)  2CO2(g)   ?H2=－566．0 kJ/mol
CH3OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式是       。
（2）工业上生产甲醇的反应如下：CO2(g) + 3H2(g)  CH3OH(g)+ H2O(g)   ?H = －49 kJ/mol
在某温度下，容积均为1 L的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容。容器B中经10 s后达到平衡。达到平衡时的有关数据如下表：

容器
 		A
 		B
 
反应物投入量
 		1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)
 		1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
 
反应能量变化
 		放出αkJ热量
 		吸收19．6 kJ热量
 
 
①从反应开始至达到平衡时，容器B中CH3OH的平均反应速率为       。
②该温度下，B容器中反应的化学平衡常数的数值为       。
③α＝       。
④下列措施能使容器A中甲醇的产率增大的是       。
a．升高温度                b．将水蒸气从体系分离
c．用更有效的催化剂        d．将容器的容积缩小一半
（3）我国科学院化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

① 该电池工作时，b口通入的物质为       。
② 该电池正极的电极反应式为       。

碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。
请回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如下：
ΔH＝＋88.6 kJ·mol－1
则M、N相比，较稳定的是               。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热为238.6 kJ·mol－1，CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)  ΔH＝－a kJ·mol－1，则a       238.6(填“＞”、“＜”或“＝”)。
(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：                       。
(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧，所得物质可作耐高温材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)=2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176 kJ·mol－1，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为         。

把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径I：  C(s)＋O2(g) = CO2(g)
途径II：先制水煤气： C(s) + H2O(g) =" CO(g)" + H2(g)
燃烧水煤气：2 CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)；
2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)
已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)；△H1=－393.5 kJ·mol-1  
②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)；△H2=－241.8kJ·mol-1
③CO(g)+ 1/2O2 (g) =CO2(g)；△H3=－283.0kJ·mol-1
请回答下列问题：
（1）CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) 是       （填“放热反应”或“吸热反应”）
（2）根据盖斯定律，煤和气态水生成水煤气的反应热△H=                    。
（3）根据两种途径，下列说法错误的是（   ）              

A．途径II制水煤气时增加能耗，故途径II的做法不可取
B．与途径I相比，途径II可以减少对环境的污染
C．与途径I相比，途径II可以提高煤的燃烧效率
D．将煤转化为水煤气后，便于通过管道进行运输

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO2)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。
Ⅰ．处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1＝－574kJ·mol­－1
CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   △H2
CH4(g)+2NO2 (g)＝N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)     △H3＝－867kJ·mol－1
则△H2＝                 。
Ⅱ．化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为   C(s) + H2O(g)＝ CO(g) + H2(g)，
该反应的化学平衡常数表达式为K＝                    。 800℃时，将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中，发生反应：CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g)，反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变，t2时再向容器中充入CO、H2各1mol，平衡将     移动（填“向左”、 “向右”或“不”）。t2时，若改变反应条件，导致H2浓度发生如右图t2后所示的变化，则改变的条件可能是       （填符号）。
a加入催化剂      b降低温度     c缩小容器体积      d减少CO2的量

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应                        。
②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是               。
Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

通入a气体的电极是原电池的     （填“正”或“负”），
其电极反应式为                  。

乙醇是一种可燃性液体，按一定比例混合的乙醇汽油是一种新型清洁车用燃料，某科研机构研究利用CO2合成乙醇的方法：
（i）2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH1
原料气氢气
（ii）CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)   ΔH2
回答下列问题：
（1）使用乙醇汽油（汽油用戊烷代替）燃料时．气缸工作时进行的反应较多，写出燃烧产生有毒气体CO、NO的所有反应的化学方程式：________________________。
（2）反应(i)中能够提高氢气转化率的措施有____。

A．增大压强 B．加催化剂 C．增大CO2的浓度 D．及时分离体系中的乙醇 
（3）利用CO合成乙醇是目前工业生产较为成熟的工艺。已知下列热化学方程式：
（iii）CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)   ΔH3
写出以CO(g)与H2(g)为原料合成乙醇的热化学方程式：___________________（焓变用H1、H3表示）。
（4）反应(ii)中的甲烷和水蒸气是在特定的催化剂表面上进行的，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

由此推知反应(ii)的焓变H2________0（填“>”、“=”或“<”）。某温度下，向容积为1 L的密闭容器中加入1 mol甲烷和1mol水蒸气，经过5h反应达到平衡状态，此时测得CH4的浓度变为0.5 mol/L。该温度下，反应(ii)的平衡常数K=__________________，反应开始至达到平衡时氢气的反应速率v(H2)=_________。
（5）机动车在改用乙醇汽油后，并不能减少氮氧化物的排放。使用合适的催化剂可使NO转化为氮气，实验测得NO转化为氮气的转化率随温度变化曲线如下图所示：

由图像可知，在没有CO情况下，温度超过775K，NO的转化率减小，造成这种现象的原因可能是___________________________；在NO和CO物质的量之比为1：1的情况下，应控制的最佳温度为__________________左右。

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