题目内容

开发使用清洁能源，发展“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。
（1）甲烷水蒸气转化法制H2的主要转化反应如下：
CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g) △H=+206．2 kJ·mol－1
CH4(g) + 2H2O(g)CO2(g) + 4H2(g) △H=+165．0 kJ·mol－1
上述反应所得原料气中的CO能使合成氨的催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是       。
（2）生产甲醇的原料CO和H2来源于：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)  ΔH>0
①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小关系为___________。(填“<”、“>”、“="”" )；

②100℃时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为1 L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是__________
a．容器内气体密度恒定  
b．单位时间内消耗0．1 mol CH4同时生成0．3 mol H2
c．容器的压强恒定      
d．3v正(CH4) = v逆(H2)
（3）25℃时，在20mL0．1mol/L氢氟酸中加入VmL0．1mol/LNaOH溶液，测得混合溶液的pH变化曲线如图所示，下列说法正确的是_____。

A．pH＝3的HF溶液和pH＝11的NaF溶液中， 由水电离出的c(H+)相等
B．①点时pH＝6，此时溶液中，c(F－)－c(Na+)＝9．9×10-7mol/L
C．②点时，溶液中的c(F－)＝c(Na+)
D．③点时V＝20mL，此时溶液中c(Na+)＝0．1mol/L
（4）长期以来，一直认为氟的含氧酸不存在。1971年美国科学家用氟气通过细冰末时获得HFO，其结构式为H—O—F。HFO与水反应得到HF和化合物A，该反应的化学方程式为                     。
（1） CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g) △H=－41．2 kJ·mol－1      （2分）
（2）① KC = KB >KA     （2分）
② cd    （2分）
（3）BC   （2分）
（4）H2O＋HFO=HF＋H2O2 （2分）

试题分析：（1） 先对已知热化学方程式编号为①②，观察发现②-①可得，CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g) △H=－41．2 kJ·mol－1；
（2）① 平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，化学平衡常数只与温度有关，所以B、C两点是相同的温度，所以KC = KB，然后A、B两点相比，从A到B，甲烷的转化率变大，说明向正向移动，化学平衡常数变大，所以KB>KA ，所以答案是KC = KB >KA；
② 该容器的体积保持不变，根据质量守恒定律知，反应前后混合气体的质量不变，所以容器内气体的密度不变，所以不能表明达到化学平衡状态，故a错误；单位时间内消耗0．1 mol CH4同时生成0．3 mol H2，都代表v正，所以不能表明达到化学平衡状态，故b错误；随反应进行混合气体总物质的量增大，容器容积不变，压强增大，当容器的压强恒定时，说明到达平衡，故c正确；3v正(CH4) = v逆(H2)，物质的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故d正确，所以选cd；
（3）pH＝3的HF溶液，由水电离出的c(H+)＝＝10-11mol·L－1，pH＝11的NaF溶液中，由水电离出的c(H+)＝10-14/10-11＝10-3mol·L－1，A错；①点时，根据电子守恒，c(OH－)＋c(F－)＝c(Na+)＋c(H＋)，c(F－)－c(Na+)＝c(H＋)－c(OH－)＝10-6－＝9．9×10-7mol/L，B对；根据电子守恒，c(OH－)＋c(F－)＝c(Na+)＋c(H＋)，②点时pH=7，溶液中的c(H＋)－c(OH－)，所以c(F－)＝c(Na+)，C对；③点时V＝20mL，此时溶液中c(Na+)＝＝0．05mol/L，所以选BC；
（4）电负性F＞O，故H-O-F中F元素表现-1价，与水反应生成HF，发生水解反应，可推知A为H-O-O-H，该反应的化学方程式为：H2O+HFO=HF+H2O2。
练习册系列答案
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随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO2)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。
Ⅰ．处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1＝－574kJ·mol­－1
CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)   △H2
CH4(g)+2NO2 (g)＝N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)     △H3＝－867kJ·mol－1
则△H2＝                 。
Ⅱ．化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为   C(s) + H2O(g)＝ CO(g) + H2(g)，
该反应的化学平衡常数表达式为K＝                    。 800℃时，将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中，发生反应：CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g)，反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变，t2时再向容器中充入CO、H2各1mol，平衡将     移动（填“向左”、 “向右”或“不”）。t2时，若改变反应条件，导致H2浓度发生如右图t2后所示的变化，则改变的条件可能是       （填符号）。
a加入催化剂      b降低温度     c缩小容器体积      d减少CO2的量

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应                        。
②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是               。
Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

通入a气体的电极是原电池的     （填“正”或“负”），
其电极反应式为                  。
通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可以估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol-1
460
360
436
431
176
347
 
请回答下列问题:
(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“>”或“<”)。
SiC　　　　Si;SiCl4　　　　SiO2。 
(2)如图立方体中心的“”表示硅晶体中的一个原子,请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的硅原子。

(3)工业上用高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热ΔH=　　　kJ/mol。 
用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。
反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O
已知:Ⅰ.反应A中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。
Ⅱ.

判断下列说法正确的是（  ）
A．反应A的ΔH>-115.6 kJ/mol
B．断开1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量相差约为32 kJ
C．H2O中H—O键比HCl中H—Cl键弱
D．由Ⅱ中的数据判断氯元素的非金属性比氧元素强
已知下列热化学方程式：
①C（s）+O2（g）==CO2（g）△H= —393.5kJ/mol
②CO（g）+ 1/2 O2（g）="=" CO2（g）△H= —283.0kJ/mol
③2Fe（s）+3CO（g）==Fe2O3（s）+3C（s）△H= —489.0kJ/mol
则4Fe（s）+3O2（g）==2Fe2O3（s）的反应热ΔH为（   ）
A．-1641.0kJ/molB．+3081kJ/mol
C．+663.5kJ/molD．-2507.0kJ/mol
碳及其化合物有广泛的用途。
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1，
以上反应达到平衡后，在体积不变的条件下，以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是________。(填序号)
A．升高温度B．增加碳的用量C．加入催化剂D．用CO吸收剂除去CO
(2)已知：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＝＋172.5 kJ·mol－1，则CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的焓变ΔH＝________。
(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨作电极，该电池负极反应式为__________________________________。
若用该电池提供的电能电解60 mL NaCl溶液，设有0.01 mol CH3OH完全放电，NaCl足量，且电解产生的Cl2全部逸出，电解前后忽略溶液体积的变化，则电解结束后所得溶液的pH＝________。
(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0 L的恒容密闭容器中，发生以下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。得到如下数据：
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
H2
CO
 
900
1.0
2.0
0.4
1.6
3.0
 
通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字)________。改变反应的某一条件，反应进行到t min时，测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收，反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)__________________________
(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。实验室模拟化工生产，分别在不同实验条件下反应，N2浓度随时间变化如图甲所示。

请回答下列问题：
①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为________________________________。
②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其他条件相同，请在图乙中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。
下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

Ⅰ.已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:K=,写出它所对应反应的化学方程式:                                  
                                                     　。 
Ⅱ.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用。工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0～10.0 MPa,温度230～280 ℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH1="-90.7" kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH2="-23.5" kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH3="-41.2" kJ·mol-1
(1)写出催化反应室中三个反应的总反应的热化学方程式:                          。
(2)在某温度下,2 L密闭容器中发生反应①,起始时CO、H2的物质的量分别为2 mol和6 mol,3 min后达到平衡,测得CO的转化率为60%,则3 min内CO的平均反应速率为　　　　　　　　。若同样条件下起始时CO物质的量为4 mol,达到平衡后CH3OH为2.4 mol,则起始时H2为　　　　mol。
(3)下列有关反应③的说法正确的是　　　　。
A.在体积可变的密闭容器中,在反应③达到平衡后,若加压,则平衡不移动、混合气体平均相对分子质量不变、混合气体密度不变
B.若830 ℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K＞1.0
C.某温度下,若向已达平衡的反应③中加入等物质的量的CO和H2O(g),则平衡右移、平衡常数变大
(4)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列实验,每次实验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,实验结果如图,

则CO转化率随温度变化的规律是                                        　。
其原因是                                                   　。
运用化学反应原理研究NH3的性质具有重要意义。请回答下列问题：
（1）氨气、空气可以构成燃料电池．其电池反应原理为4NH3＋3O2=2N2＋6H2O。则电解质溶液应该显             （填“酸性”“中性”或“碱性”）．正极的电极反应式为           。
（2）25℃时．将amol·L—1的氨水与0.1mol·L—1的盐酸等体积混合。
①当溶液中离子浓度关系满足c(NH4+)>c(Cl-)）时．则反应的情况可能为          。
A．盐酸不足．氨水剩余   B．氨水与盐酸恰好完全反应    C．盐酸过量
②当溶液中c(NH4+)=c(Cl-)）时．用含“a”的代数式表示NH3·H2O的电离平衡常数Kb=______________.
（3）在0.5L恒容密闭容器中，一定量的N2与H2进行反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)  ?H=bkJ/mol，其化学平衡常数K与温度的关系如下：
温度/℃
200
300
400
K
1.0
0.86
0.5
 
①写出该反应的化学平衡常数的表达式：__________，b________（填“大于”“小于”或“等于”）0
②400℃时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，此时刻该反应的v正（N2）_________（填“大于”“小于”或“等于”）v逆（N2）.
（4）已知：①4NH3(g)＋3O2(g)=2N2(g)＋6H2O(g) ?H="-1266.8KJ/mol" ；②N2(g)＋O2(g)=2NO(g)  ?H=+180.5KJ/mol，写出氨高温催化氧化的热化学方程式：                    。
工业上常利用CO和H2合成可再生能源甲醇。
（1）已知CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和726.5 kJ·mol-1，则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为                       。
（2）合成甲醇的方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)    ΔH <0。
在230 ℃?270 ℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比n(H2):n(CO)，分别在230 ℃、250 ℃和270 ℃进行实验，结果如下左图所示。其中270 ℃的实验结果所对应的曲线是_____（填字母）；当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投较比的关系是                    。

（3）当投料比为1∶1，温度为230 ℃，平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数为        （保留1位小数）；平衡时CO的转化率           。

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