题目内容

15．以甲烷为初始原料制取氢气，是一项比较成熟的技术，下面是制取氢气的流程图如图1，根据信息回答下列问题：

（1）阶段I发生的反应为CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）．
①写出该反应的平衡常数表达式$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$；
②已知在“水碳比”$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）}$=3时，测得温度（T ）和压强（p）对上述反应的影响如图2所示．则升高温度，该反应的平衡常数K增大（填“增大”、“减小”或“不变”），据图可知P1＞P2．（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）阶段Ⅱ发生的反应为CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2 （g），T1温度时，向2L的恒容密闭容器中通入一定量的CO和H2O（g），反应过程中测得部分数据如表所示（表中t1＜t2）：
反应时间（min）n（CO）（mol）N（H2O）（mol）
01.200.60
t10.80
t20.20
①保持T1温度不变，若向原容器中通入 0.60mol CO和1.20mol H2O（g），则达到平衡后n（CO2）=0.4mol．
②若达到平衡后，保持其他条件不变，只是向原平衡体系中再通入0.20mol H2O（g），则下列说法正确的是ab．
a、CO的转化率将增大 b、H2O（g）的体积分数将增大
c、气体的密度将不变 d、化学平衡常数将增大．

分析 （1）①平衡常数为生成物平衡浓度化学计量数幂乘积与反应物平衡浓度化学计量数幂乘积之比；
②由图开始，升高温度甲烷的体积分数减小，说明升高温度平衡正向移动，平衡常数增大；
正反应为气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大；
（2）①t1min时，反应的CO为1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知反应的水为0.4mol，则此时水的物质的量为0.6mol-0.4mol=0.2mol，而t2min时水为0.2mol，故t1min、t2min均处于平衡状态，平衡时二氧化碳为0.4mol，
保持T1温度不变，若向原容器中通入 0.60mol CO和1.20mol H2O（g），与原平衡相比反应物的量相互交换，二者按1：1反应，平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$不变，则平衡时对应生成物的量与原平衡相同；
②若达到平衡后，保持其他条件不变，只是向原平衡体系中再通入0.20mol H2O（g），
a．平衡正向移动，CO的转化率将增大；
b．等效为开始通入1.6molCO、0.8mol水到达平衡后再移走0.4molCO，而开始通入1.6molCO、0.8mol水与原平衡为等效平衡，平衡时水的体积分数相同；
c．混合气体总质量增大，容器的容积不变；
d．化学平衡常数只受温度影响．

解答 解：（1）①CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$；
②由图开始，升高温度甲烷的体积分数减小，说明升高温度平衡正向移动，平衡常数增大；
正反应为气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，则P1＞P2，
故答案为：增大；＞；
（2）①t1min时，反应的CO为1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知反应的水为0.4mol，则此时水的物质的量为0.6mol-0.4mol=0.2mol，而t2min时水为0.2mol，故t1min、t2min均处于平衡状态，平衡时二氧化碳为0.4mol，
保持T1温度不变，若向原容器中通入 0.60mol CO和1.20mol H2O（g），与原平衡相比反应物的量相互交换，二者按1：1反应，平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$不变，则平衡时对应生成物的量与原平衡相同，故生成二氧化碳为0.4mol，
故答案为：0.4mol；
②若达到平衡后，保持其他条件不变，只是向原平衡体系中再通入0.20mol H2O（g），
a．平衡正向移动，CO的转化率将增大，故a正确；
b．再通入0.20mol H2O（g）等效为开始通入1.6molCO、0.8mol水到达平衡后再移走0.4molCO，移走0.4molCO后的平衡与开始通入1.6molCO、0.8mol水到达平衡相比，平衡逆向移动，水的体积分数增大，而开始通入1.6molCO、0.8mol水与原平衡为等效平衡，平衡时水的体积分数相同，故向原平衡体系中再通入0.20mol H2O（g）时，H2O（g）的体积分数将增大，故b正确；
c．混合气体总质量增大，容器的容积不变，密度增大，故c错误；
d．温度不变，平衡常数不变，故d错误，
故选：ab．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡影响因素等，（2）中①注意对规律归纳总结，（2）中②b选项注意利用等效思想构建平衡建立的途径，难度中等．

练习册系列答案
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7．配制250mL 0.1mol•L-1盐酸溶液时，下列实验操作会使配制溶液浓度偏低的是（　　）
A．容量瓶内有水，未经过干燥处理
B．定容时，仰视刻度线
C．用量筒量取浓盐酸时，用水洗涤量筒2～3次，洗液倒入烧杯中
D．定容后倒转容量瓶几次，发现液体最低点低于刻度线，再补加几滴水到刻度线
6．硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料．某同学利用车床加工的废铜屑制备硫酸铜．实验前先将废铜屑置于Na2CO3溶液中煮沸5分钟，然后汲去Na2CO3溶液，再用蒸馏水洗涤3次．由于铜不与稀硫酸直接反应，实验中将浓硝酸分次加入到铜粉与稀硫酸中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体（装置如图所示，烧杯中盛有NaOH溶液）．

（1）实验前先将废铜屑于Na2CO3溶液中煮沸5分钟的目的是除去油污．
（2）圆底烧瓶中发生的离子反应方程式为3Cu+8H++2NO3-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu2++2NO↑+4H2O．
（3）图2是图1的改进装置，改进后的好处是能防止倒吸．
（4）为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组改用空气氧化法：
方案1：将铜屑在空气中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应．
方案2：将空气或氧气直接通入到铜屑与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应．但是向反应液中加少量FeSO4或Fe2（SO4）3溶液，反应很快进行．反应完全后，继续通入空气并加物质甲调节pH值到3～4，产生Fe（OH）3沉淀．过滤，滤渣作催化剂循环使用．滤液经过蒸发浓缩、结晶、减压抽滤后得到蓝色晶体，再用少量95%的酒精洗涤晶体后晾干，得CuSO4•5H2O10.6g．己知Fe（OH）3和Cu（OH）2完全沉淀时的pH值分别为3.7、6.4请回答下列问题：
①方案2中甲物质可能是A（填字母）．A．CaO  B．CuO  C．Na2CO3D．NaOH
②FeSO4或Fe2（SO4）3溶液的作用是催化剂，不能选用FeCl3、FeCl2代替
FeSO4、Fe2（SO4）3溶液的原因是防止制得的硫酸铜晶体中混有CuCl2（或制得的硫酸铜晶体不纯）．
③晶体采用95%的酒精淋洗的优点是减少硫酸铜晶体在洗涤过程中由于溶解引起的损耗（或减少硫酸铜晶体的损失、减少硫酸铜晶体的溶解）．
④图3是抽滤装置的一部分，其中正确的是A．（填A或B）
⑤采用方案1以64g铜为原料与一定质量的57.6%（填质量分数）的硫酸反应在理论上不需要蒸发水刚好生成CuSO4•5H2O晶体．（结果保留3位有效数字）
3．碳和氮是动植物体中的重要组成元素，向大气中过度排放二氧化碳会造成温室效应，氮氧化物会产生光化学烟雾，目前，这些有毒有害气体的处理成为科学研究的重要内容．
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为：C（s）+2NO（g）?N2（g）+CO2（g）．
某研究小组向一个容器容积为3L且容积不变的密闭真空容器（固体试样体积忽略不计）中加入NO和足量的活性炭，在恒温（T1℃）条件下反应，测得不同时间（t）时各物质的物质的量（n）如表：
n/mol
t/min		NON2CO2
02.0000
101.160.420.42
200.800.600.60
300.800.600.60
①0min～10min以v（N2）表示的反应速率为0.014mol/（L•min）．
②根据表中数据，计算T1℃时该反应的平衡常数为0.56（保留两位小数）．若某一时刻，容器中有1.2molC、1.2molNO、0.75molN2和1.08molCO2，此时v（正）=v（逆）（填“＞、＜、=”）
③下列各项能判断该反应达到平衡状态的是AC（填序号字母）．
A．v（NO）（正）=2v（N2）（逆）         B．容器内CO2和N2的体积比为1：1
C．混合气体的平均相对分子质量保持不变     D．容器内压强保持不变
④一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率不变（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（2）将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气．已知：C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ•mol-1，C（s）+CO2（g）?2CO（g）△H=+172.5kJ•mol-1，则CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）的焓变△H=-41.2kJ•mol-1．
（3）在3L容积可变的密闭容器中发生上述反应：H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g），恒温下c（CO）随反应时间t变化的曲线Ⅰ如图所示．
①若在t0时改变一个条件，使曲线Ⅰ变成曲线Ⅱ，则改变的条件是加入催化剂；

②若在t0时刻将容器体积快速压缩至2L（其他条件不变），请在图中画出c（CO）随反应时间t变化的曲线．
10．往有机聚合物中添加阻燃剂，可增加聚合物的使用安全性，扩大其应用范围．例如，在某聚乙烯树脂中加入等质量由特殊工艺制各的阻燃型Mg（OH）2，树脂可燃性大大降低．该Mg（OH）2的生产工艺如下：
→合成→水热处理→过滤→水洗→表面处理→过滤水洗→干燥
（1）精制卤水中的MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁[Mg（OH）2-xClx•mH2O]，反应的化学方程式为2MgCl2+（2-x）Ca（OH）2+2mH2O=2[Mg（OH）2-xClx•mH2O]+（2-x）CaCl2
（2）合成反应后，继续在393K～523K下水热处理8h，发生反应；[Mg（OH）2-xClx•mH2O]═（1-$\frac{x}{2}$）Mg（OH）2+$\frac{x}{2}$MgCl2+mH2O水热处理后，过滤、水洗．水洗的目的是除去附着在Mg（OH）2表面的可溶性物质MgCl2、CaCl2、Ca（OH）2等
（3）阻燃型Mg（OH）2具有晶粒大，易分散、与高分子材料相容性好等特点．上述工艺流程中与此有关的步骤是水热处理、表面处理
（4）已知热化学方程式：
Mg（OH）2（s）═MgO（s）+H2O（g）△H1=+81.5kJ•mol-1
Al（OH）3（s）═XAl2O3（s）+$\frac{3}{2}$H2O（g）△H2=+87.7kJ•mol-1
①Mg（OH）2和Al（OH）3起阻燃作用的主要原因是Mg（OH）2和Al（OH）3受热分解时吸收大量的热，使环境温度下降；同时生成的耐高温、稳定性好的MgO、Al2O3覆盖在可燃物表面，阻燃效果更佳
②等质量Mg（OH）2和Al（OH）3相比，阻燃效果较好的是Mg（OH）2．原因是Mg（OH）2的吸热效率为：81.5kJ•mol-1/58g•mol-1=1.41 kJ•g-1，Al（OH）3的吸热效率为：87.7kJ•mol-1/78g•mol-1=1.12 kJ•g-1等质量的Mg（OH）2比Al（OH）3吸热多．
（5）常用阻燃荆主要有三类：A．卤系，如四溴乙烷；B．磷系，如磷酸三苯酯；C．无机类Mg（OH）2和Al（OH）3．从环保的角度考虑，应用时较理想的阻燃剂是C，理由是A会破坏臭氧层，B中的磷元素会造成藻类生物的大量繁殖．
20．下列反应中，液体植物油不能发生的反应是（　　）
A．加成反应B．氧化反应C．水解反应D．缩聚反应
7．回答下列问题
（1）在25℃条件下将pH=11的氨水稀释100倍后溶液的pH为（填序号）D．
A．9     B．13   C．11～13之间     D．9～11之间
（2）25℃时，向0.1mol/L的氨水中加入少量氯化铵固体，当固体溶解后，测得溶液pH减小，主要原因是（填序号）C．
A．氨水与氯化铵发生化学反应
B．氯化铵溶液水解显酸性，增加了c（H+）
C．氯化铵溶于水，电离出大量铵离子，抑制了氨水的电离，使c（OH-）减小
（3）室温下，若将0.1mol NH4Cl和0.05mol NaOH全部溶于水，形成混合溶液（假设无损失），
①NH3•H2O和NH4+两种粒子的物质的量之和等于0.1mol．
②NH4+和H+两种粒子的物质的量之和比OH-多0.05mol．
（4）已知某溶液中只存在OH-、H+、NH4+、Cl-四种离子，某同学推测该溶液中各离子浓度大小顺序可能有如下四种关系
A．c（Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-）    B．c（Cl-）＞c（NH4+）＞c（OH-）＞c（H+）
C．c（Cl-）＞c（H+）＞c（NH4+）＞c（OH-）    D．c（NH4+）＞c（Cl-）＞c（OH-）＞c（H+）
①若溶液中只溶解了一种溶质，该溶质的名称是氯化铵，上述离子浓度大小顺序关系中正确的是（选填序号）A．
②若该溶液中由体积相等的稀盐酸和氨水混合而成，且恰好呈中性，
则混合前c（HCl）（填“＞”、“＜”、或“=”，下同）＜ c（NH3•H2O），
混合后溶液中c（NH4+）与c（Cl-）的关系c（NH4+）= c（Cl-）．
4．工业上常用铁质容器盛装冷的浓硫酸．为研究铁质材料与浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
【探究一】
（1）甲同学将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是铁表面被钝化．
（2）甲同学另称取铁钉10.0g放入25.0mL浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y．甲同学认为X中可能含有Fe3+也可能含有Fe2+．若要确认此结论，应用ad（选填序号）．
a．KSCN溶液    b．铁粉和KSCN溶液     c．氨水    d．酸性KMnO4溶液
（3）乙同学取448mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，溴水褪色，发生反应的离子方程式为：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4
然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．由此推知气体Y中SO2的体积分数为50%．
【探究二】
分析乙同学实验中SO2体积分数的结果，丙同学认为气体Y中除水蒸气外还可能含有Z和W气体．为此设计了如图探究实验装置（图中夹持仪器省略）．

（4）装置B中试剂的作用是检验SO2是否除尽．
（5）丙同学认为用如图中的D、E、F装置可证明气体Y中还含有Z，则Z气体为H2（化学式），证明Z气体的实验现象为黑色固体变红，且无水硫酸铜变蓝；F装置的作用是防止空气中水进入到E
（6）认为气体Y中还含有W的理由是C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O（用化学方程式表示）．为确认W的存在，需在装置中添加M于c（选填序号）．
a．A之前      b．A-B间       c．B-C间       d．C-D间．
5．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+氧化成Co3+，然后以Co3+作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．实验室用如图装置模拟上述过程：
①完成除去甲醇的离子方程式：6Co3++CH3OH+H2O═CO2+6Co2++6H+．
②若如图装置中的电源为甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池，则电池负极的电极反应式：CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O；
③净化含1mol甲醇的水，理论上燃料电池需消耗KOH2mol．

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