题目内容

11．研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义．
（1）CO可用于炼铁，已知：
Fe2O3（s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ•mol-1
C（s）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ•mol-1
则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5 kJ•mol-1．
（2）分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池，若电解质为碱性．写出该燃料电池的负极反应式CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O．
（3）CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）；测得CH3OH的物质的量随时间的变化图：
①由图判断该反应△H＜ 0，曲线 I、II对应的平衡常数KI＞KII（填“＞”或“=”或“＜”）．
②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡．
容  器甲乙
反应物投入量1molCO2、3molH2a molCO2、b molH2、
c molCH3OH（g）、c molH2O（g）
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为0.4＜n（c）≤1．
③一定温度下，此反应在恒容密闭容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是a b．
a．容器中压强不变       b．H2的体积分数不变   c．c（H2）=3c（CH3OH）    
d．容器中密度不变     e．2个C=O断裂的同时有3个C-H形成
（4）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：2CO2（g）+6H2（g）=CH3OCH3（g）+3H2O（g）．二甲醚可用作直接燃料电池，1mol二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生12NA个电子的电量；根据化学反应原理，分析增加压强对制备二甲醚反应的影响该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CH3OCH3产率增加；压强增加使CO和H2浓度增加，反应速率增大．

分析 （1）依据热化学方程式 和盖斯定律计算①-②×3得到，分析判断；
（2）CO燃料电池中，负极上是CO发生失电子的氧化反应，正极上是氧气发生得电子的还原反应，又因为电解质是KOH溶液，不会在电极上放出二氧化碳；
（3）①根据图象可知，线Ⅱ的反应速率大于线Ⅰ，所以线Ⅱ对应的温度高于线Ⅰ，而线Ⅱ对应的甲醇的物质的量小，也就是说温度高反应平衡逆向移动，据此判断反应的△H；根据温度对平衡移动的影响可知，升高温度，平衡向吸热方向移动，据此判断平衡常数的变化；
②根据平衡三部曲求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围；
③达到反应平衡状态时，在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，该反应就达到平衡状态，据此分析解答；
（4）由反应可知：2CO2（g）+6H2（g）=CH3OCH3（g）+3H2O（g），1mol二甲醚分子经过电化学氧化生成二氧化碳和水，所以相当于氧化6mol的氢气，所以转移12NA 电子，反应前后气体体积减小，增加压强平衡正向进行；

解答 解：（1）①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol-1
②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJmol-1
由盖斯定律①-②×3得到Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5kJmol-1，
故答案为：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5kJmol-1；
（2）烷燃料电池以KOH溶液为电解质溶液时，负极上是CO发生失电子的氧化反应，又因为电解质是KOH溶液，二氧化碳和氢氧化钾反应得到的是碳酸钾，即CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，
故答案为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；
（3）①根据图象可知，线Ⅱ的反应速率大于线Ⅰ，所以线Ⅱ对应的温度高于线Ⅰ，而线Ⅱ对应的甲醇的物质的量小，也就是说温度高反应平衡逆向移动，据此判断反应的△H＜0，根据温度对平衡移动的影响可知，升高温度，平衡向吸热方向移动，而该反应为放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，平衡常数变小，即KⅠ＞KⅡ，
故答案为：＜；＞；
②设二氧化碳反应量为x
                    CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
初始量（mol）：1           3                  0                 0
转化量（mol）：x          3x                 x                  x
平衡量（mol）：1-x       3-3x              x                  x
甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即$\frac{4-2x}{4}$=0.8
解得x=0.4mol
依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n（c）≤1mol，故答案为：0.4＜n（c）≤1；
③CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）；
a．反应前后气体物质的量变化，当容器中压强不变，说明反应达到平衡状态，故a正确；
b．H2的体积分数不变是平衡标志，故b正确；
c．速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，c（H2）=3c（CH3OH），不能说明正逆反应速率相同，不能证明反应达到平衡状态，故c错误；
d．反应前后气体质量不变，体积不变，容器中密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
e．2个C=O断裂的同时有3个C-H形成只能说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
故答案为：a b；
（4）由反应可知：2CO2（g）+6H2（g）=CH3OCH3（g）+3H2O（g），1mol二甲醚分子经过电化学氧化生成二氧化碳和水，所以相当于氧化6mol的氢气，所以转移12NA 电子，反应（g）+4H2（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）．反应前后气体体积减小，增加压强平衡正向进行，该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CH3OCH3产率增加；压强增加使CO和H2浓度增加，反应速率增大，故答案为：12NA；该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CH3OCH3产率增加；压强增加使CO和H2浓度增加，反应速率增大．

点评 本题主要考查了热化学方程式的书写、电极反应的书写、化学平衡的判断和计算及氧化还原反应方程式的书写，综合性较强，题目难度中等．

练习册系列答案
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20．三氧化二锰（Mn2O3）在现代工业上应用广泛，在锂离子电池的制备中有重要的作用．用软锰矿（主要成分为MnO2）和硫锰矿（主要成分为MnS）制备高纯度Mn2O3的工艺流程如图所示．

（1）反应①中会生成一种非金属单质，则该非金属单质是S，该反应的还原剂是MnS．（填化学式）
（2）操作X为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤烘干．在洗涤操作中，常用酒精洗涤MnSO4•H2O晶体，主要目的是MnSO4•H2O在酒精中溶解度小，可减小MnSO4•H2O的损失；
（3）Mn2O3与MnO2类似，加热时也能与浓盐酸反应放出Cl2，该反应的离子方程式为Mn2O3+6H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Mn2++Cl2↑+3H2O．
1．下列对应符号，表述正确的是（　　）
A．一氯甲烷的结构式CH3C1B．苯的分子式
C．葡萄糖的结构简式C6H12O6D．丙烷分子的球棍模型
18．98g H2SO4的物质的量是1mol，其中含H原子2mol，含O原子4mol，含S原子1mol，含SO42-1mol．
6．航天领域中常用N2H4与N2O4作为火箭发射的燃料与助燃剂．N2O4是一种无色气体，易分解：N2O4（g）?2NO2（g）-Q．N2H4与氨气相似，是一种碱性气体，易溶于水，生成弱碱N2H4•H2O．t℃时，将一定量的NO2、N2O4充入一个容积为2L的恒容密闭容器中，浓度随时间变化关系如下表所示：
时间/min051015202530
c（X）/mol/L0.2c0.60.61.0c1c1
c（Y）/mol/L0.6c0.40.40.4c2c2
（1）前10min内用NO2表示的反应速率为0.04mol•L-1•min-1；该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$．
（2）20min时改变的条件是向容器中加入0.8molNO2；重新达到平衡时，NO2的体积分数B（填字母）
A．增大B．减小C．不变D．无法判断
（3）用电离方程式表示N2H4•H2O显碱性的原因N2H4•H2O?N2H5++OH-（或N2H4+H2O?N2H5++OH-）．
（4）相同条件下，1mol N2H4最多能与2mol HCl发生反应．
（5）常温下，若将0.2mol/LN2H4•H2O溶液与0.1mol/L HCl溶液等体积混合，则溶液中N2H${\;}_{5}^{+}$、Cl-、OH-、H+四种离子浓度由大到小的顺序为c（N2H5+）＞c（Cl-）＞c（OH-）＞c（H+）．
（提示：相同条件下，N2H4•H2O的电离程度大于N2H5Cl的水解程度．）
16．侯氏制碱法是将CO2通入含NH3的饱和NaCl溶液中，结晶，析出NaHCO3，过滤，将NaHCO3加热分解制得Na2CO3．母液加入NaCl，通入NH3，降温，结晶析出NH4Cl，使母液又成为含NH3的饱和NaCl溶液．下列说法错误的是（　　）
A．侯氏制碱法的主要原料是NaCl、CO2和NH3
B．Na2CO3的热稳定性低于NaHCO3
C．该方法的副产物是NH4Cl
D．母液可循环利用
3．如表为元素周期表的一部分按要求完成各小题．
周期  族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAO
2⑥⑦⑧
3①③⑤⑨⑩
4②④
（1）化学性质最不活泼的元素Ar（填化学式，下同），非金属性最强的元素是F，金属性最强的单质与水反应的化学方程式为2K+2H2O=2KOH+H2↑
（2）①③⑤三种元素的最高价氧化物的水化物中，碱性最强的是NaOH
（3）元素⑤的最高价氧化物为两性氧化物（填酸性、碱性或两性氧化物），该最高价氧化物与氢氧化钠反应的化学方程式为Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O；向该元素和⑨号元素组成的化合物溶液中，缓缓滴加氢氧化钠溶液至过量，现象为先生成白色沉淀，后沉淀溶解．
20．下列应用和相应原理（用化学方程式表示）及基本反应类型都正确的是（　　）
A．用纯碱制烧碱   2KOH+Na2CO3=K2CO3+2NaOH   复分解反应
B．我国古代的“湿法炼铜”：2Fe+3CuSO4=3Cu+Fe2（SO4）3置换反应
C．用天然气作燃料   CH4+2O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO2+2H2O    氧化反应
D．证明金属镁的活动性比铁强：3Mg+2Fe（OH）3=3Mg（OH）2+2Fe   置换反应
1．实验室用MnO2和浓盐酸反应制取氯气．
（1）请写出用MnO2制取Cl2化学方式MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O
（2）浓盐酸在反应中显示出来的性质是②（填写编号）．
①只有还原性         ②还原性和酸性     ③只有氧化性         ④氧化性和酸性
（3）若转移电子的物质的量为0.024mol时，将生成的氯气通入100.0mL FeCl2溶液中，FeCl2全部被氧化，则原FeCl2溶液的浓度为0.24mol/L．
（4）而实验室中我们也可以用KMnO4和浓盐酸反应制取氯气．请配平方程式：
2KMnO4+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O．
100.0mL 0.3mol/L FeSO4溶液，需要5   mL 1.2mol/LKMnO4恰好将Fe2+全部氧化．
（5）通过MnO2和KMnO4制取氯气的比较；比较可知，氧化性KMnO4＞     MnO2．（填“＞”或“＜”）

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