题目内容

18．工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-41kJ/mol某小组研究在同温度下反应过程中的能量变化．他们分别在体积均为V L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应．数据如下：
容器编号起始时各物质物质的量/mol达到平衡的时间/min达平衡时体系能量的变化/kJ
COH2OCO2H2
①1400t1放出热量：32.8 kJ
②2800t2放出热量：Q
（1）该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化学键形成时所释放的总能量．
（2）容器①中反应达平衡时，CO的转化率为80%．
（3）计算容器②中反应的平衡常数K=1．
（4）下列叙述正确的是a（填字母序号）．
a．平衡时，两容器中H2的体积分数相等
b．容器②中反应达平衡状态时，Q＞65.6kJ
c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
d．容器①中，平衡时反应的化学反应速率为：v（H2O）=$\frac{4}{V{t}_{1}}$mol/（L．min）
（5）已知：2H2（g）+O2（g）═2H2O （g）△H=-484kJ/mol，写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：2CO（g）+O2（g）﹦2CO2（g）△H=-566 kJ/mol．

分析 （1）正反应为放热反应，则断键吸收的总能量小于成键放出的总能量；
（2）平衡时放出热量为32.8 kJ，则参加反应的CO为$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，进而计算CO转化率；
（3）容器①、②温度相同，平衡常数相同，根据容器①中消耗CO物质的量，计算平衡时各物质的物质的量，反应前后气体体积不变，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；
（4）a．容器①、②中CO、H2O起始物质的量之比均为1：4，反应前后气体体积不变，恒温恒容下二者为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等；
b．容器①、②为等效平衡，平衡时CO转化率相等，计算容器②中反应CO的物质的量，结合热化学方程式计算放出的热量；
c．浓度越大，反应速率越快；
d．由方程式可知生成的水的物质的量等于消耗CO物质的量，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H2O）；
（5）已知：①CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-41kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）═2H2O （g）△H=-484kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O2（g）﹦2CO2（g）．

解答 解：（1）正反应为放热反应，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时所释放的总能量，故答案为：小于；
（2）平衡时放出热量为32.8 kJ，则参加反应的CO为$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，则CO转化率为$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，故答案为：80%；
（3）容器①、②温度相同，平衡常数相同，容器①中消耗CO物质的量为0.8mol，则：
            CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）：1     4         0       0
变化量（mol）：0.8    0.8       0.8     0.8
平衡量（mol）：0.2    3.2       0.8     0.8     
反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{0.2×3.2}$=1，
故答案为：1；
（4）a．容器①、②中CO、H2O起始物质的量之比均为1：4，反应前后气体体积不变，恒温恒容下二者为等效平衡，两容器中H2的体积分数相等，故a正确；
b．容器①、②为等效平衡，平衡时CO转化率相等，容器②中反应CO的物质的量为2mol×80%=1.6mol，放出的热量为1.6mol×41kJ/mol=65.6kJ，故b错误；
c．容器②中反应物起始浓度比①中的大，故容器②中开始反应速率较快，故c错误；
d．由方程式可知生成的水的物质的量等于消耗CO物质的量，则v（H2O）=$\frac{\frac{0.8mol}{VL}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.8}{V{t}_{1}}$mol/（L．min），故d错误，
故选：a；
（5）已知：①CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-41kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）═2H2O （g）△H=-484kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O2（g）﹦2CO2（g）△H=-566 kJ/mol，
故答案为：2CO（g）+O2（g）﹦2CO2（g）△H=-566 kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、盖斯定律应用、平衡常数等，注意理解效平衡规律：1、恒温恒容，反应前后气体体积不等，按化学计量数转化一边，对应物质满足等量；反应前后气体体积相等，按化学计量数转化一边，对应物质满足等比，2：恒温恒压，按化学计量数转化一边，对应物质满足等比．

练习册系列答案
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9．污染与环境保护已经成为现在我国最热门的一个课题，污染分为空气污染，水污染，土壤污染等．
（1）为了减少空气中SO2的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料．
已知：H2（g）+1/2O2（g）═H2O（g）△H1=-241.8kJ•mol-1
C（s）+1/2O2（g）═CO（g）△H2=-110.5kJ•mol-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ•mol-1．
该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
②洗涤含SO2的烟气．以下物质可作洗涤剂的是ac（选填序号）．
a．Ca（OH）2      b．CaCl2c．Na2CO3       d．NaHSO3
（2）为了减少空气中的CO2，目前捕碳技术在降低温室气体排放中具有重要的作用，捕碳剂常用（NH4）2CO3，反应为：（NH4）2CO3（aq）+H2O（l）+CO2（g）=2NH4HCO3（aq）△H3
为研究温度对（NH4）2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的（NH4）2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体（用氮气作为稀释剂），在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度．然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，其关系如图1，则：

①△H3＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在T4～T5这个温度区间，容器内CO2气体浓度变化趋势的原因是：T4～T5反应达平衡，正反应为放热反应，随着温度的升高，平衡逆向移动，CO2的吸收效率降低．
（3）催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．
①催化反硝化法中，用H2将NO3-还原为N2，一段时间后，溶液的碱性明显增强．则反应离子方程式为：2 NO3-+5H2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N2+2OH-+4H2O．
②电化学降解NO3-的原理如图2，电源正极为：A（选填填“A”或“B”），阴极反应式为：2NO3-+12 H++10e-=N2↑+6H2O．
6．下列叙述中，正确的是（　　）
A．依据铝热反应原理，能发生反应2Al+3MgO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Mg+Al2O3
B．在加入铝粉能放出氢气的溶液中：K+、NH4+、CH3COO-、Cl-一定能够大量共存
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D．氯化铝溶液中加入过量氨水反应实质是Al3++3NH3•H2O═Al（OH）3↓+3NH${\;}_{4}^{+}$
13．把3molA和2.5molB混合盛入容积为2L的容器内，使它们发生反应：3A（气）+B（气）?xC（气）+2D（气）经过5min后达到平衡生成1mol D，测得C的平均生成速率为0.10mol•L-1•min-1．下列叙述正确的是（　　）
A．A的平均消耗速率为0.32mol•L-1•min-1
B．B的转化率为80%
C．x的值为2
D．B的平衡浓度为1mol•L-1
3．设NA为阿伏加德罗常数值，下列说法正确的是（　　）
A．常温常压下，0.1NA个CH4分子的质量为1.6g
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C．20℃、1.01×l05Pa时，11.2LH2所含原子数为NA个
D．0.2mol硫酸铁溶液中含有的SO42-离子数目为 0.2NA个
10．由某精矿石（MCO3•ZCO3）可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇，取该矿石样品1.84g，高温灼烧至恒重，得到0.96g仅含两种金属氧化物的固体，其中m（M）：m（Z）=3：5，请回答：
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（2）①以该矿石灼烧后的固体产物为原料，真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质M和一种含氧酸盐（只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为2：1）．写出该反应的化学方程式2MgO+2CaO+Si$\frac{\underline{\;真空高温\;}}{\;}$2Mg+Ca2SiO4．
②单质M还可以通过电解熔融MCl2得到，不能用电解MCl2溶液的方法制备M的理由是电解MgCl2溶液时，阴极上H+比Mg2+容易得到电子，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，所以得不到镁单质．
（3）一定条件下，由CO2和H2制备甲醇的过程中含有下列反应：
反应1：CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H1
反应2：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2
反应3：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H3
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化的曲线如图1所示．则△H1小于△H2 （填“大于”、“小于”、“等于”），理由是曲图l可知，随着温度升高，K1增大，则△H1＞0，根据盖斯定律又得△H3=△H1+△H2，所以△H2＜△H3．
（4）在温度T1时，使体积比为3：1的H2和CO2在体积恒定的密闭容器内进行反应．T1温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t时刻迅速降温到T2，一段时间后体系重新达到平衡．试在图中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线．
7．中学化学中很多“规律”都有其适用范围，下列根据有关“规律”推出的结论正确的是（　　）
选项规律结论
A较强酸可以制取较弱酸次氯酸溶液无法制取盐酸
B反应物浓度越大，反应速率越快常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完
C活泼金属做原电池的负极Mg-Al-NaOH构成的原电池Mg做负极
D溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀
A．AB．BC．CD．D
8．草酸是一种重要的化工原料，常用于有机合成，它属于二元弱酸，易溶乙醇、水，微溶于乙醚口以甘蔗碎渣（主要成分为纤维素）为原料制取草酸的工艺流程如下：

已知：NO2+NO+2NaOH═2NaNO2+2H2O，2NO2+2NaOH═2NaNO3+NaNO2+H2O．
回答下列问题：
（1）步骤①水解液中所含主要有机物为CH2OH（CHOH）4CHO（写结构简式），浸取时要想提高水解速
率除可减小甘蔗碎渣粒度外，还可采取的措施是适当升高温度；浸取时硫酸浓度不宜过高，其原因是甘蔗碎渣会被炭化
（2）步骤②会生成草酸，硝酸的还原产物为NO2和NO且n（NO2）：n（NO）=3：1，
则反应的离子方程式为C6H12O6+12H++12NO3-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$3H2C2O4+9H2O+3NO↑+9NO2↑，生成的NO2及NO若被NaOH溶液完全吸收，则产物中的两种盐n（NaNO2）：n（NaNO3）=3：1
（3）步骤③的主要目的是使葡萄糖充分氧化为草酸
（4）设计步骤⑦和⑧的目的分别是除去草酸表面水分；除去乙醇，使其快速干燥
（5）为了确定产品中H2C2O4.2H2O的纯度，称取10.5g草酸样品，配成250mL溶液，每次实验时准确量取20..00mL草酸溶液，加入适量的稀硫酸，用0.10mo1•L-1的KMnO4标准溶液滴定．平行滴定三次，消耗KMnO4标准溶液的体积平均为26.00mL．则产品中H2C2O4.2H2O的质量分数为97.5%．

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