题目内容

甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋260 kJ·mol－1
已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)  ΔH＝－566 kJ·mol－1
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_______________________________
(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是______________________________
②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度________；
③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－以外还含有________(忽略水解)；
④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。
(1)2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)
ΔH＝－46 kJ·mol－1
(2)①CH4　O2＋2H2O＋4e－=4OH－　②变小
不变　③CO　④1.12
(1)根据盖斯定律，将第一个热化学方程式乘以2，与第二个相加得2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－46 kJ·mol－1。
(2)由于Fe棒上镀Cu，则    Cu棒发生氧化反应，作阳极，b电极作正极，a电极作负极，CH4在a处通入，O2在b处通入，由于KOH作电解质溶液，则b极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；电镀过程中电解质溶液不参与电极反应，各离子浓度均不变；CH4燃料电池中的化学方程式为CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O，可得溶液中存在CO，再由电子守恒得CH4～4Cu，则12.8 g Cu的物质的量为0.2 mol，消耗CH4为＝0.05 mol，在标准状况下的体积为0.05 mol×22.4 L·mol－1＝1.12 L。
练习册系列答案
相关题目
（1）利用盖斯定律可以从已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应。已知：N2(g)+ 2O2(g)="=" 2NO2(g) ΔH=" +67.7" kJ·mol-1，
N2H4(g)+ O2(g)="=" N2(g)+ 2H2O(g) ΔH=" -534" kJ·mol-1。
请写出气态肼与NO2气体完全反应生成氮气和水蒸气的热化学方程式：          。
（2）已知：N≡N的键能是946kJ·mol-1，H—H的键能为436kJ·mol-1，N—H的键
能为393kJ·mol-1，计算合成氨反应生成1molNH3的△H＝       kJ·mol-1。
（3）现有25℃、pH＝13的Ba(OH)2溶液，
①该Ba(OH)2溶液的物质的量浓度为________
②加水稀释100倍，所得溶液中由水电离出c(OH－)＝____________
③与某浓度盐酸溶液按体积比(碱与酸之比)1 : 9混合后，所得溶液pH＝11，该盐酸溶液的pH＝________。
（4）回答醋酸与氢氧化钠反应的有关问题
①将等体积等物质的量浓度的醋酸和氢氧化钠溶液混合后，溶液呈  (填“酸性”，“中性”或“碱性”，下同)，溶液中c(Na＋)    c(CH3COO－)(填“ >” 或“＝” 或“<” )。
②pH＝3的醋酸和pH＝11的氢氧化钠溶液等体积混合后溶液呈  ，溶液中c(Na＋)
    c(CH3COO－) .
③物质的量浓度相同的醋酸和氢氧化钠溶液混合后，溶液中醋酸根离子和钠离子浓度相等，则混合后溶液呈       ，醋酸体积        氢氧化钠溶液体积。
大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究. 
（1）O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I-（aq）+ O3（g）= IO-(aq)+O2（g）△H1
②IO-（aq）+H+(aq) HOI(aq) △H2
③HOI(aq) + I-(aq) + H+(aq) I2(aq) + H2O(l)  △H3
总反应的化学方程式为__       ____，其反应△H=___    ___
（2）在溶液中存在化学平衡：I2(aq) + I-(aq) I3-(aq)，其平衡常数表达式为_______.
（3）为探究Fe2+ 对O3氧化I-反应的影响（反应体如左图），某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH，结果见右图和下表。
    

①第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是_______。
②图13中的A为__  ___，由Fe3+生成A的过程能显著提高Ⅰ-的转化率，原因是               。
③第2组实验进行18s后，I3-浓度下降。导致下降的直接原因有（双选）______。
A．c(H+)减小B．c(I-)减小C．I2(g)不断生成D．c(Fe3+)增加
（4）据图14，计算3-18s内第2组实验中生成I3-的平均反应速率（写出计算过程，结果保留两位有效数字）。
甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：
CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋260 kJ/mol
已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为                                 。
随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具体有重要意义。
（1）如图是在101 kPa，298K条件下1mol NO2和1mol CO反应生成1mol CO2和1mol NO过程中的能量变化示意图。

已知：

请写出NO与CO反应生成无污染气体的热化学方
程式：                             。
（2）将0.20 mol N02和0.10 mol CO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应，在不同条件下，反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示。

①下列说法正确的是          （填序号）。
a．容器内的压强不发生变化说明该反应达到乎衡
b．当向容器中再充人0． 20 mol NO时，平衡向正反应方向移动，K增大
c．升高温度后，K减小，N02的转化率减小
d．向该容器内充人He气，反应物的体积减小，浓度增大，所以反应速率增大
②计算产物NO在0～2 min内平均反应速率v（NO）=         mol·L-1·min-1
③第4 min时改变的反应条件为      （填“升温’’、“降温’’）。
④计算反应在第6 min时的平衡常数K=      。若保持温度不变，此时再向容器中充人CO、NO各0．060 mol，平衡将           移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。其负极反应式为       ，当有0.25 mol SO2被吸收，则通过质子（H+）交换膜的H+的物质的量为     mol。
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)+2CO2CO2(g)+N2(g)
①对于气相反应，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），则该反应的KP=-                。
②该反应在低温下能自发进行，该反应的ΔH            0。（选填“>”、“<”）
③在某一绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应，测得正反应的速率随时间变化的曲线如图所示（已知：t2 --tl=t3－t2）。

则下列说法不正确的是         。（填编号）
A．反应在c点未达到平衡状态
B．反应速率a点小于b点
C．反应物浓度a点大于b点
D．NO的转化率：tl～t2>t2～t3
（2）煤的综合利用、使用清洁能源等有利于减少环境污染。合成氨工业原料气的来源之一水煤气法，在催化剂存在条件下有下列反应：
①
②
③
①△H3和△H1、△H2的关系为△H3=            。
②在恒温条件下，将l mol CO和1 mol H2O（g）充入某固定容积的反应容器，达到平衡时有50%的CO转化为CO2。在tl时保持温度不变，再充入1 mol H2O（g），请在图中画出tl时刻后H2的体积分数变化趋势曲线。

③甲醇汽油可’以减少汽车尾气对环境的污染。
某化工厂用水煤气为原料合成甲醇，恒温条件下，在体积可变的密闭容器中发生反应：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到达平衡时，测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol，容器的体积为3L，现往容器中继续通人3 mol CO，此时v（正）         v（逆）（选填‘‘>”、“<’’或“=”），判断的理由        。
目前，“低碳经济”备受关注，CO2的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：__  ___
（2）—定条件下，将C(s)和H2O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如下表所示：
容器
容积/L
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol[
达到平衡所需时间/min
C(s)
H2O(g)
H2(g)
甲
2
T1
2
4
3.2
8
乙
1
T2
1
2
1,2
3
 
①T10C时，该反应的平衡常数K=_______
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H2O(g)的物质的量浓度_______ (填选项字母）。
A．="0.8" mol·L-1    B．=1.4 mol·L-1    C．<1.4 mol·L-1    D．>1.4 mol·L-1
③丙容器的容积为1L，T1℃时，按下列配比充入C(s)、H2O(g)、CO2(g)和H2(g)， 达到平   衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是_______(填选项字母）。
A.0.6 mol、1.0 mol、0.5 mol、1.0 mol  
B． 0.6 mol、2.0 mol、0 mol、0 mol
C.1.0 mol、2.0 mol、1.0 mol、2.0 mol      
D． 0.25 mol、0.5 mol、0.75 mol、1.5 mol
（3）在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇，已知CH3OH、H2的燃烧热分别为：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol，写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式：                              。
（4）将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：
2CO2(g）+ 6H2(g）CH3OCH3(g）+ 3H2O(g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下表：
投料比[n(H2）/ n(CO2)]
500 K
600 K
700 K
800 K
1.5
45%
33%
20%
12%
2.0
60%
43%
28%
15%
3.0
83%
62%
37%
22%
 
①该反应的焓变△H  0，熵变△S___0（填＞、＜或＝）。
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式              。若以1.12 L·min-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L-1 CuSO4溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜        g。
已知各破坏1 mol N≡N键、H—H键和N—H键分别需要吸收的能量为946 kJ、436 kJ、391 kJ。计算1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全转化为NH3(g)的能量变化理论值为   。
2013年初,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ΔH　　0(填“>”或“<”)。 
②在T2温度下,0～2 s内的平均反应速率v(N2)=　　　　。 
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,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④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)。 


(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。
例如:
CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)     ΔH1="-867" kJ/mol
2NO2(g)N2O4(g)   ΔH2="-56.9" kJ/mol
写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(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。如图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为　                   。 

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