题目内容

11．甲醇被称为21世纪的新型燃料，工业上用CH4和H2O为原料，通过下列反应I和II来制备甲醇．
Ⅰ．CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H1
Ⅱ．CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2＜0
（1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应I，测得CH4的转化率与温度、压强的关系如图1．

①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为0.03 mol•L-1•min-1．
②反应I的△H1大于0 （填“大于”、“小于”或“等于”），100℃时反应I的平衡常数为2.25×10-2．
（2）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是CD （填字母序号）．
A．c（H2）减少             
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．重新平衡后CH3OH 的物质的量增加 
D．重新平衡后$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小
（3）已知在常温常压下：
①2CH3OH （l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1272.8kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-552.6kJ•mol-1
③H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-448.1kJ•mol-1．
（4）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co2+转化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．
实验室用图2装置模拟上述过程：
①写出阳极反应式Co2+-e-=Co3+．
②在Co3+氧化甲醇的反应中，生成（填“消耗”或“生成”）H+．

分析 （1）100℃时达到平衡时，甲烷转化率为50%，结合化学平衡三段式列式计算平衡时各组分的物质的量；
①根据c=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算v（H2）；
②根据平衡状态随温度变化时，平衡移动的方向，判断△H1；计算平衡状态时各物质的浓度，代入平衡常数表达式计算；
（1）其他条件不变，平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于温度不变，则平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，据此分析解答；
（3）根据热化学方程式利用盖斯定律计算反应热并书写热化学方程式；
（4）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．

解答 解：（1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O （ g ）通入容积固定为10L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
              CH4 （g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
变化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率=$\frac{\frac{1.5mol}{10L}}{5min}$=0.03 mol•L-1•min-1，
故答案为：0.03 mol•L-1•min-1；
②由甲烷的转化率随温度变化情况可知，达到平衡后升高温度，甲烷的转化率增大，可知平衡正向移动，即△H1大于0；100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.05mol/L，c（H2O）=0.15mol/L，c（CO）=0.05mol/L，c（H2）=0.15mol/L，
平衡常数K=$\frac{0.05×0.1{5}^{3}}{0.05×0.15}$=2.25×10-2，
故答案为：大于；2.25×10-2；
（2）A．平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，故A错误；
B．压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，故B错误；
C．压强增大，平衡向正反应方向移动，CH3OH 的物质的量增加，故C正确；
D．压强增大，平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小，故D正确；
故答案为：CD；
（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1272.8kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-552.6kJ•mol-1
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-1
根据盖斯定律，将已知反应$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以该反应的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1272.8kJ/mol）-（-552.6kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-448.1 kJ•mol-1，即CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-448.1 kJ•mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-448.1 kJ•mol-1；
（4）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；
故答案为：Co2+-e-=Co3+；
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，结合原子守恒与电荷守恒可知，离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+，说明还原生成H+，故答案为：生成．

点评 本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、影响化学平衡因素、平衡常数与反应速率计算、原电池等，掌握基础是解本题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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4．恒容容器中，2SO2（g）+O2（g）?2SO3 （g）△H=-296.6kJ/mol，下列判断不正确的是（　　）
A．2体积SO2和足量O2反应，一定不能生成2体积SO3
B．其他条件不变，增大压强，正反应速率增大逆反应速率也增大
C．加入2molSO2和1molO2放出的热量是加入1molSO2和0.5molO2放出热量的2倍
D．在该容器中先投入1molSO3，平衡后再加入1molSO3，达新平衡后SO2的体积分数比原平衡减小
5．下列说法正确的是（　　）
A．增大反应物的浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增大
B．有气体参加的化学反应，若增大压强（即缩小反应容器的体积），可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大
C．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数
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2．有机合成材料的出现是材料发展史上的一次重大突破．人们常说的三大合成 材料是指塑料、合成纤维和合成橡胶．黄铜是生活中常用的金属材料，它是铜和锌（Zn）的合金．
6．CO2是一种温室气体，据科学家预测，到21世纪中叶，全球气温将升高1.5-4.5℃，地球气温的升高会引起海平面升高，对人类的生存环境产生巨大的影响．如何合理地利用CO2是摆在科学家面前的一个重大课题．回答下列问题：
（1）工业上利用高温、高压条件，可用CO2与NH3合成尿素[CO（NH2）2]，该反应的化学方程式为CO2+NH3 $\frac{\underline{\;高温高压\;}}{\;}$CO（NH2）2+H2O．
（2）一定条件下，不同量的CO2与不同量的NaOH充分反应放出的热景如下表所示：
  CO2的量NaOH溶液的量  放出的热量
 ① 22.0g 750mL1.0mol•L-1 xkJ
 ② 1.0mol 2.0mL1.0mol•L-1 ykJ
写出该条件下CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学反应方程式NaOH（aq）+CO2（g）═NaHCO3（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol．
（3）在一定温度和催化剂作用下，可将CO2转化为燃料CH4，反应方程式为CO2（g）+4H2（g）?CH4（g）+2H2O（g）△H． 300℃时，一定量的CO2和H2混合气体在容积为2L的恒容密闭容
器中发生上述反应，5min后达到平衡，此时各物质的浓度如下表：
物质 CO2（g） H2（g） CH4（g） H2O（g）
 浓度/mol•L-1 0.2 0.8 a 1.6
则平衡时容器中的甲烷的物质的量再（CH．）=1.6mol．从反应开始到达到平衡时的反应速率v（CH4）=0.16mol/（L•min）．500℃时该反应的平衡常数K=16，则该反应韵△H＜（填“＞”或“＜”）0．
（4）CO2还可用于生产甲醇，一定条件下，发生反应CO2 （g）+3H（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H．①在容积为2L的恒容密闭容器中，通入2molCO2和3mol H2发生上述反应，下铡碳法能够表明该可逆反应达到平衡状态的是de（填字母）．
a．消耗3mol H2（g）时，有lmol CH3OH（g）生成
b．转移3mol电子时，反应的CO2为11.2L（标准状况）
c．体系中气体的密度不变
d．水蒸气的体积分数保持不变
e．单位时间内生成H2（g）与生成H2O（g）的物质的量之比为3：1
②用多孔石墨作电极，30% KOH溶液作电解质溶液，可设计如图甲所示的甲醇燃料电池，该电池的负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O．若将该燃料电池与电解饱和食盐水的装置进行串联（如图），当有0.12mol电子发生转移时，断开电源，将溶液冷却至室温，测得食盐溶液为120mL，则此时乙装置中溶液的pH=14假设食盐水中有足量的NaCl，且Cl2完全逸出）．
16．已知A（g）+B（g）?C（g）+D（s）反应的平衡常数与温度的关系如下：
温度℃70080088010001200
平衡常数1.010.015.016.117.7
（1）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C）}{c（A）c（B）}$，△H＞0（填“＞、＜、或=”）；
（2）800℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.4molA和0.7molB，若反应初始2mim内A的平均反应速率为0.01mol•L-1•min-1，则2min时c（A）=0.06mol•L-1，C的物质的量为0.1mol；此时，该可逆反应是否达到平衡？否（填“是”或“否”）
（3）在此密闭容器中，下列选项能作为判断该反应达到平衡的依据有abd
a．压强不随时间改变                   b．气体的密度不随时间改变
c．单位时间内消耗A和B的物质的量相等    d．C的百分含量保持不变
（4）880℃时，反应 C（g）+D（s）?A（g）+B（g）的平衡常数的值为0.067．
3．镍具有优良的物理和化学特性，是许多领域尤其是高技术产业的重要原料．羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为：
①Ni（s）+4CO（g）$\stackrel{50℃}{?}$ Ni（CO）4（g）△H＜0
②Ni（CO）4（g）$\stackrel{230℃}{?}$Ni（s）+4CO（g）△H＞0
完成下列填空：
（1）在温度不变的情况下，要提高反应（1）中Ni（CO4）的产率，可采取的措施有及时移走Ni（CO）4、加压．
（2）已知在一定条件下的2L密闭容器中制备Ni（CO）4，粗镍（纯度98.5%，所含杂质不与CO反应）剩余质量和反应时间的关系如图所示．Ni（CO）4在0～10min的平均反应速率为0.05mol•L-1min-1．
（3）若反应（2）达到平衡后，保持其他条件不变，降低温度，重新达到平衡时bc．
a．平衡常数K增大   b．CO的浓度减小  c．Ni的质量减小    d．v逆增大
（4）简述羰基法提纯粗镍的操作过程．先将粗镍和CO在50℃反应生成羰基镍，然后将羰基镍转移到另外一个中，升温至230℃热解得到纯镍
（5）储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料．如镧镍合金，它吸收氢气可结合成金属氢化物，其化学式可近似地表示为LaNi5H6 （LaNi5H6 中各元素化合价均可看作是零），它跟NiO（OH）可组成镍氢可充电电池：LaNi5H6+6NiO（OH）$?_{充电}^{放电}$LaNi5+6Ni（OH）2 该电池放电时，负极反应是LaNi5H6+6OH--6e-=LaNi5+6H2O． 市面上出售的标称容量为2 000mA h（mA h表示毫安时）的1节镍氢电池至少应含有镧镍合金5.4g（结果保留两位有效数字，已知1mol电子的电量为96500库仑或安培•秒 Mr（LaNi5）=434）．
20．请根据所学知识回答下列问题：
（1）已知常温时红磷比白磷稳定，比较下列反应中△H的大小：△H1＜△H2．
①P4（白磷，s）+5O2（g）═2P2O5（s）△H1
②4P（红磷，s）+5O2（g）═2P2O5（s）△H2
（2）已知：稀溶液中，H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l）△H=-57.3kJ•mol-1，则浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水，放出的热量＞57.3kJ．
（3）已知：C3H8（g ）═CH4（g）+HC≡CH（g）+H2（g）△H1=156.6kJ•mol-1
CH3CH=CH2（g）═CH4（g）+HC≡CH（g）△H2=32.4kJ•mol-1
则相同条件下，反应C3H8（g）═CH3CH=CH2 （g）+H2（g）的△H=+124.2kJ•mol-1
（4）如图是一种钠硫高能电池的结构示意图，M由Na2O和Al2O3制得，其作用是导电和隔膜，该电池反应为2Na+xS=Na2Sx．该电池正极的电极反应式为xS+2e-=Sx2-．
用该电池作电源进行铁件镀铜时，若电镀池中两电极的质量开始相同，电镀完成后取出洗净、烘干、称量，二者质量差为25.6g，则理论上该电池负极消耗的质量为9.2g．
1．某校科学兴趣小组探究二氧化碳与过氧化钠反应是否有氧气生成，设计了如图的实验装置．B中盛有饱和碳酸氢钠溶液，目的是除去二氧化碳中混有的氯化氢气体，E为收集氧气装置．

（1）写出装置A中发生反应的离子方程式CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
（2）C中盛有试剂是浓硫酸．（填名称）
（3）写出装置D中发生反应的化学方程式2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
（4）若A中生成标况下4.48L的CO2气体，则消耗5mol•L-1的盐酸体积为80ml．

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