题目内容
工业上在催化剂作用下可利用CO合成甲醇：CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)，图1表示反应过程中能量的变化情况。
请回答下列问题：
（1）在图I中，曲线______(填“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于______(填“吸热”或“放热”）反应。
（2）为探究外界条件对合成甲醇化学反应速率的影响规律，某科技工作者设计了以下三组实验，部分数据已填人表中，请补充完整。
| 实验组 | T/℃ | 起始浓度/mol?L－1 | 等质量催化剂的 比表面积/m2?g－1 | |
| CO | H2 | |||
| ① | 280 | 1.20×10－3 | 5.80×10－3 | 82 |
| ② | 280 | 1.20×10－3 | 5.80×10－3 | 124 |
| ③ | 350 | | | 124 |
其中设计实验组①和②的目的是______。
（3）“图2”所揭示的规律是：在p1压强达平衡时______；并请画出在p2压强下（p2> p1)的曲线。
（4）在碱性条件下可将合成甲醇的反应设计成原电池，则负极的电极反应式为______。
（15分）
（1）b（2分） 放热（2分）
（2）1.20×10－3（1分） 5.80×10－3（1分） 探究等质量催化剂的比表面积不同时对合成甲醇化学反应速率的影响规律（2分，其它合理答案也给分）
（3）CO的转化率随温度的升高而降低（2分）
（4）H2 —2e－+2OH－=2H2O（3分）
解析试题分析：（1）读图1，催化剂能降低反应的活化能，曲线a代表正或逆反应的活化能高于曲线b，所以b表示使用了催化剂，a表示未使用催化剂；放热反应中反应物总能量高于生成物总能量，吸热反应中反应物总能量低于生成物总能量，图中1molCO和2molH2的总能量高于1molCH3OH(g)的总能量，所以该反应是放热反应，△H=—91kJ/mol；（2）只改变一个变量进行探究，才能更快得外界条件影响化学反应速率的规律，这是设计实验的基本原则，实验②③的温度分别是280℃、350℃，则CO和H2的起始浓度、等质量催化剂的比表面积都应该相同，所以CO和H2的起始浓度分别为1.20×10－3mol/L、5.80×10－3mol/L；实验①②的温度、CO和H2的起始浓度都相同，等质量催化剂的比表面积分别为82m2/g、124m2/g，所以这组实验的目的是探究等质量催化剂的比表面积不同时对合成甲醇化学反应速率的影响规律；（3）读图2，横纵坐标分别表示温度、CO转化率，当压强不变时，曲线表示CO的转化率随温度升高而降低；当温度不变时，由于正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，由此推断p2时曲线高于p1时曲线；（4）反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中出碳元素由+2降为—2，氢元素由0升为+1，说明CO得到电子，发生还原反应，而H2失去电子，发生氧化反应，因此负极的主要反应物和产物是氢气和水，由此先得出H2 —2e－→H2O；碱性条件下只能用氢氧根离子使左右电荷守恒，则H2 —2e－+2OH－→H2O；电极反应式遵循质量守恒定律，根据氢、氧原子个数守恒，则该电池负极反应式为H2 —2e－+2OH－=2H2O。
考点：考查化学反应原理，涉及化学反应过程中体系能量变化图与有无催化剂的关系、放热反应与吸热反应、控制变量设计探究实验方案、对比实验的目的、温度和压强对平衡移动的影响规律、负极反应式。
实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，解决下列问题：
⑴已知某反应的平衡表达式为：
它所对应的化学反应方程式为：
⑵利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H2（g）+CO（g）
CH3OH（g）；ΔH=－90.8kJ·mol
②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）；ΔH=－23.5kJ·mol
③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）；ΔH=－41.3kJ·mol
总反应：3H2（g）+3CO（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）的ΔH=__________
(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H2O（g）
H2（g）+CO2（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：
| 温度/℃ | 400 | 500 | 800 |
| 平衡常数K | 9.94 | 9 | 1 |
该反应的正反应方向是反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：。
(4)从氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO2、N2O4等。
对反应:N2O4（g）
2NO2（g）△H>0，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是。
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
E．A、C两点的化学平衡常数：A＞C
(5)CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H=－49.0kJ·mol－1。现在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下。下列说法正确的是
高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe2O3（s）+3CO（g）
2Fe（s）+3CO2（g） △H= －28．5 kJ·（mol－1
（1）已知：C（石墨）+CO2（g）
2CO（g） △H=" +" 172．5 kJ·mol－1
则反应：Fe2O3（S） +3C（石墨）2Fe（s）+3CO（g） △H= kJ·mol－1
（2）冶炼铁反应 Fe2O3（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO2（g） △H=－28．5 kJ·mol－1的平衡常数表达式K= ，温度降低后，K值 ．（填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）在ToC时,该反应的平衡常数K=27,在1L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡.
| | Fe2 O3 | CO | Fe | CO2 |
| 甲容器 | 1．0 mol | 1．0 mol | 1．0 mol | 1．0 mol |
| 乙容器 | 1．0 mol | 2．0 mol | 1．0 mol | 1．0 mol |
①甲容器中CO的平衡转化率为
②下列说法正确的是 （填字母）。
a．乙容器中CO的平衡转化率小于甲容器
b．甲、乙容器中，CO2的平衡浓度之比为2：3
c．当容器内气体压强保持不变时，标志反应达到平衡状态
d．当容器中气体密度保持不变时，标志反应达到平衡状态
（4）钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
①下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀 （填编号）。
②在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图：A电极对应的金属是 （写元素名称），B电极的电极反应式是 。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因 。
氮是地球上含量丰富的一种元素，氮元素的单质和化合物在工农业生产、生活中有重要用途。
（1）根据右下能量变化示意图：
写出CO和NO2反应生成NO和CO2的热化学方程式
（2）在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N2(g)+3H2(g) 
2NH3 (g) ΔH<0，
其平衡常数K与温度T的关系如下表，试判断K1 K2（填“>”、“=”或“<”）
| T /K | 298 | 398 |
| 平衡常数K | K1 | K2 |
（3）下列各项能说明该反应达到平衡状态的是 （填字母序号）
a． v(H2)正="3" v(N2)逆
b． 容器内压强保持不变
c． 容器中混合气体的密度保持不变
d.： N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
（4）氨气极易溶于水,常用下图实验来验证,在标准状况下,烧瓶中的氨水使酚酞变红。
请回答：
①用化学用语说明所得氨水能使酚酞变红的原因 。
②250C时，将一定量的氨水与盐酸混合后pH=7，测该混合溶液中c(Cl-)与c(NH4+)关系为 （填字母序号）
a．c(Cl-)﹥c(NH4+) b．c(Cl-)﹦c(NH4+)
c． c(Cl-)﹤c(NH4+) d.无法判断
合成氨工业对国防具有重要意义，如制硝酸、合成纤维以及染料等
（1）已知某些化学键的键能数据如下表：
| 化学键 | N≡N | H—H | N—H |
| 键能kJ·mol－1 | 946 | 436 | 390 |
合成氨的热化学反应方程式为 。
（2）常温下，向饱和NaCl与饱和氨水的混合溶液中通入过量CO2，有NaHCO3固体析出，该反应的化学方程式为 ；所得溶液中离子的电荷守恒式是 ；若向饱和NaCl与饱和CO2的混合溶液中通入氨气，则没有NaHCO3固体析出，原因是 。
（3）氨氮废水(含NH3、NaOH和Na2SO4)超标排放会造成水体富营养化。右图通过直接电化学氧化法有效除去某工厂氨气。其中阴离子的流动方向为 （填“向a极”或“向b极”），电解过程中，b极区的pH （填“增大”或“减小”或“不变”），阳极反应方程式为 。
工业上以NH3为原料经过一系列反应可以得到HNO3。
（1）工业上NH3的催化氧化反应方程式为 ；为了尽可能多地实现
向
的转化，请你提出一条可行性建议 。
（2）将工业废气NO与CO混合，经三元催化剂转化器处理如下：2CO+2NO
2CO2+N2。
已知：
CO(g)+ 
O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.0kJ·mol-1
三元催化剂转化器中发生反应的热化学方程式为 ；
为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度部分数据记录如下：
| 时间/s | 0 | 2 | 3 | 4 |
| c(NO)/mol·L-1 | 1.00×10-3 | 1.50×10-4 | 1.00×10-4 | 1.00×10-4 |
 C(CO)/mol·L-1 | |  |  2.70×10-3 | |
①前2s内的平均反应速率v(CO)= ；
②在该温度下，反应的平衡常数K= ；
③假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高CO转化率的是
A．选用更有效的催化剂 B．恒容下充入Ar
C．适当降低反应体系的温度 D．缩小容器的体积
（12分） (1)已知：蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为 30 kJ，其他相关数据如下表：
| 物质 | H2(g) | Br2(g) | HBr(g) |
| 1 mol分子中化学键断裂时需要吸收的能量/kJ | 436 | 200 | 369 |
(2)常温下，将pH均为2的氢溴酸、乳酸（α—羟基丙酸）稀释100倍后，有一种酸的pH＝4。请写出乳酸钠溶液中的水解离子方程式： 。
(3)常温下，用0.100 0 mol·L－1 NaOH溶液分别滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L－1 HBr溶液和20.00 mL0．100 0 mol·L－1 CH3COOH溶液，得到2条滴定曲线，如图所示：
①根据图1和图2判断，滴定HBr溶液的曲线是 (填“图1”或“图2”)；
②a＝ mL；
③c(Na＋)＝c(CH3COO－)的点是 点；
④E点对应溶液中离子浓度由大到小的顺序为 。
I．高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe2O3(s) + 3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g) △H
（1）已知：①Fe2O3(s) + 3C(石墨)="2Fe(s)" + 3CO(g) △H1
②C(石墨）+ CO2(g) = 2CO(g) △H2
则△H___________________(用含△H1 、△H2的代数式表示)。
（2）高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=____________________________。
（3）在某温度时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。
| | Fe2O3 | CO | Fe | CO2 |
| 甲/mol | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 乙/mol | 1.0 | 1.5 | 1.0 | 1.0 |
①甲容器中CO的平衡转化率为_______________________。
②下列说法正确的是____________________(填编号）。
A．若容器压强恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内气体密度恒定，反应达到平衡状态
C．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
D．增加Fe2O3就能提高CO的转化率
II．纳米MgO可用尿素与氯化镁合成。某小组研究该反应在温度为378～398K时的反应时间、反应物配比等因素对其产率的影响。请完成以下实验设计表：
| 编号 | 温度/K | 反应时间/h | 反应物物质的量配比 | 实验目的 |
| ① | 378 | 4 | 3∶1 | 实验②和④探究________ ______________________ 实验②和__________探究 反应时间对产率的影响。 |
| ② | 378 | 4 | 4∶1 | |
| ③ | 378 | 3 | _______ | |
| ④ | 398 | 4 | 4∶1 |
下图为温度对纳米MgO产率（曲线a）和粒径(曲线b)的影响，请归纳出温度对纳米MgO制备的影响规律（写出一条）：
___________________________________________。
