题目内容

12．丰富的CO2完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）到本世纪中叶将枯竭的危机．
（1）目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃催化剂条件下转化生成甲醇（CH3OH）蒸汽和水蒸气CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）．如图表示恒压容器中充入1mol CO2和3mol H2，转化率达50%时放出热量19.6KJ写出该反应的热化学方程式：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-39.2 kJ•mol-1．
（2）另外工业上还可用CO和H2制备甲醇． 反应为CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g），某温度下，在容积为2L的恒容密闭容器中进行该反应，其相关数据如图：t min至2t min时速率变化的原因可能是升温或使用了催化剂；
（3）CO2在一定条件下，还可以与H2合成二甲醚：2CO2（g）+6H2（g）?CH3OCH3（g）+3H2O（g）．
将2.5mol H2与b mol CO2置于容积为1L的密闭容器中，发生上述反应，达到平衡状态时，测得实验数据如表：
500600700800
1.67X33
1.256043Y
0.83Z32w
①降温时，上述平衡向正反应方向移动（填“正反应”或“逆反应”）．
②表中y、z的大小关系为B．
A．y=z           B．y＞z            C．y＜z           D．无法判断
③表中x、y、z、w对应的平衡常数分别为Kx、Ky、Kz、Kw，它们之间的大小关系为Kx＞Kz＞Ky=Kw．

分析 （1）恒压容器中充入1mol CO2和3mol H2，转化率达50%时放出热量19.6KJ，则1molCO2完全转化放热为39.2 kJ，据此书写热化学方程式；
（2）反应速率加快，根据升温或者使用催化剂可以使反应速率加快分析；
（3）①升高温度CO2的转化率减小，则正方向为放热反应；
②CO2起始物质的量为1.25mol时，温度越高，CO2的转化率越小，故w＜32，x＞33，由于CO2（g）、H2（g）按物质的量1：3反应，当二者按物质的量1：3混合时，即a=0.83，二者转化率相等，则800K时CO2、H2的转化率均为w%，CO2（g）的起始物质的量越大，其转化率越小，则y＜w；
③升高温度向逆方向移动，温度越高，平衡常数越小．

解答 解：（1）恒压容器中充入1mol CO2和3mol H2，转化率达50%时放出热量19.6KJ，则1molCO2完全转化放热为39.2 kJ，则反应的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-39.2 kJ•mol-1；
故答案为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-39.2 kJ•mol-1；
（2）t min至2t min时速率，反应速率加快，而且在2t时刻，达平衡状态，可能是升温或使用了催化剂；
故答案为：升温或使用了催化剂；
（3）①升高温度CO2的转化率减小，则正方向为放热反应，所以降温时，平衡向正反应方向移动；
故答案为：正反应；
②CO2起始物质的量为1.25mol时，温度越高，CO2的转化率越小，故w＜32，x＞33，由于CO2（g）、H2（g）按物质的量1：3反应，当二者按物质的量1：3混合时，即a=0.83，二者转化率相等，则800K时CO2、H2的转化率均为w%，CO2（g）的起始物质的量越大，其转化率越小，则y＜w，由上述分析可知x＞y，
故答案为：B；
③升高温度向逆方向移动，温度越高，平衡常数越小，所以平衡常数关系为：Kx＞Kz＞Ky=Kw；
故答案为：Kx＞Kz＞Ky=Kw．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡影响因素、反应热计算等，题目难度中等，题目较好的考查学生分析能力、知识迁移运用能力．（3）中转化率比较为易错点、难度，貌似无法比较，关键是根据二者转化率相等特殊性分析解答．

练习册系列答案
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14．目前，世界上多采用电解熔融氯化钠的方法来生产金属
钠：2NaCl（熔融）$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Na+Cl2．己知物质A、B、C、D、E、F 有如图所示转化关系：

请按要求书写：
（1）A→C的离子方程式2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑．
（2）B→D 的化学方程式2Fe+3Cl2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2FeCl3．
（3）E+F→NaCl的离子方程式Ca2++CO32-=CaCO3↓．
（4）过氧化钠可用作制氧剂，写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2．
3．700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）反应过程中测定的部分数据见下表（表中t2＞t1）：
反应时间/minn（CO）/moln （H2O）/mol
01.200.60
t10.20
t20.80
依据题意回答下列问题：
（1）反应在t1min内的平均速率为v（H2）=$\frac{0.20}{{t}_{1}}$mol•L-1•min-1
（2）保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O，到达平衡时，n（CO2）=0.4mol．
（3）温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（4）700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入CO（g）、H2O（g）、CO2（g）、H2（g）的物质的量分别为1.20mol、2.00mol、1.20mol、1.20mol，则此时该反应v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）该反应在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t2时刻发生改变的条件是降低温度、增加水蒸汽的量（写出两种）．

（6）若该容器绝热体积不变，不能判断反应达到平衡的是②③．
①体系的压强不再发生变化
②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变④各组分的物质的量浓度不再改变
⑤体系的温度不再发生变化⑥v（CO2）正=v（H2O）逆．
20．二甲醚（CH3OCH3）是一种应用前景广阔的清洁燃料，以CO和H2为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应：
编号热化学方程式
①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-24kJ•mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H3=-41kJ•mol-1
回答下列问题：
（1）该工艺的总反应为3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H
该反应△H=-245.6kJ/mol，化学平衡常数的表达式K=K=K12．K2．K3
（2）普通工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生．该工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率，原因是反应③消耗了反应②中的产物H2O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动．
（3）以$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：4H2（g）+2CO（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H，
其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示：

则该反应的△H＜0（填“＞”或“＜”或“=”），在P3和316℃反应达到平衡时，H2的转化率等于50%，图中压强的大小关系为P1＞P2＞P3，理由是增大压强平衡正向移动CO转化率增大．
（4）以二甲醚（CH3OCH3）为原料设计电池，一个电极通入空气，另一个电极通入二甲醚蒸气，KOH溶液为电解质，则该电池的负极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH -=2CO32-+11H2O ．
7．2013年12月17日，中国国土资源部召开新闻发布会，宣布在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度可燃冰．可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清洁的燃料，也是重要的化工原料．
（1）甲烷和二氧化碳重整制合成气，对于温室气体的治理具有重大意义．
已知：CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H=+247.3kJ•mol-1
CH4（g）?C（s）+2H2（g）△H=+75kJ•mol-1
①反应2CO（g）═C（s）+CO2（g）在一定条件下能自发进行的原因是△H＜0．
②合成甲醇的主要反应是：2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1，T℃下此反应的平衡常数为160．某时刻测得各组分的浓度如下：
物质H2COCH3OH
浓度/（mol•L-1）0.200.100.40
比较此时正、逆反应速率的大小：v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．生产过程中，合成气要进行循环，其目的是提高原料的利用率．
③在一恒容密闭容器中，要提高反应2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g） 中CO的转化率，可以采取的措施是df．
a．升温         b．加入催化剂  c．增加CO的浓度
d．加入H2      e．加入惰性气体       f．分离出甲醇
（2）以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图（如图）．
①B极为电池负极，电极反应式为CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O．
②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗甲烷的体积为1.12 L（标况下）．
17．目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），图1表示该反应过程中能量（单位为kJ•mol-1）的变化．

（1）该反应为放热热反应，原因是反应物的总能量高于生成物的总能量 ．
（2）下列能说明该反应已经达到平衡状态的是BCE（填序号）
A．v （H2）=3v（CO2）                   B．容器内气体压强保持不变
C．v逆（CO2）=v正（CH3OH）             D．容器内气体密度保持不变
E．1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂
（3）在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率
v （H2）=0.225mol/（L．min）． 达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比5：8 （或0.625）．
（4）甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池，其负极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2，与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，甲醇燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的19.4倍（保留小数点后1位）．
4．合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对农业生产起着重要作用．
（1）已知：N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H1
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（1）△H2
4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（1）△H3
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H4＜0
则△H4=△H1+3△H2-$\frac{1}{2}$△H3（用含△H1、△H2、△H3的代数式表示）．
（2）在其他条件相同时，分别测定合成氨反应中N2的平衡转化率随压强变化的曲线如图A、B所示，其中正确的是B（填“A”或“B”），其判断理由是合成氨反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正移，反应物的转化率增大．

（3）在体积为2L的密闭容器中按物质的量1：3的比例充入N2、H2，进行下列四组合成氨实验：
组别温度N2起始量/molN2的物质的量/mol
5（s）10（s）15（s）20（s）25（s）30（s）35（s）
ⅠT10.10.0940.0890.0850.08250.0810.0800.080
ⅡT20.10.0900.0850.0820.0800.0800.0800.080
ⅢT30.20.1790.1650.1530.146xxx
ⅣT40.20.1730.1610.1550.1500.1500.1500.150
①实验Ⅰ前10秒的平均速率v（NH3）=0.0011mol•L-1•s-1，T1温度下合成氨反应的平衡常数K=$\frac{0.022}{0.04×0.123}$ （mol•L-1）-2（列出计算式）．
②与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ改变了一个条件，该条件可能是加催化剂．
③与实验I相比，实验Ⅲ中N2的平衡转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡常数K不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④实验Ⅲ与实验Ⅳ的反应条件温度不同，则T1小于（填“大于”、“小于”或“等于”）T2，原因是T2时的平衡常数小于T1时的平衡常数且正反应放热．
1．原子序数小于36的A、B、C、D四种元素，A原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，B原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，C的基态原子中有4个未成对电子，D的原子序数比C大3．
回答下列问题：
（1）B的氢化物沸点比A的氢化物沸点高，其主要原因是NH3分子间存在氢键．
（2）元素A的一种氧化物与元素B的一种氧化物互为等电子体（原子个数和电子个数均相等的为等电子体），元素B的这种氧化物的分子式是N2O．
（3）C3+核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d5．
2．下列有关物理量相应的单位表达中，错误的是（　　）
A．摩尔质量g/molB．气体摩尔体积L/mol
C．溶解度g/100gD．物质的量浓度mol/L

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