题目内容

3．碳是一种生命元素，碳元素的循环对地球环境，从中衍生出来的CO2可以有许多用途．回答下面问题：
Ⅰ（1）已知温度为T时：
CH4（g）+2H2O=CO2（g）+4H2（g）△H=+165KJ•mol
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41KJ•mol
电解得到的CO、H2在合适催化剂的作用下可以合成CH4的反应，温度为T时，该反应的热化学方程式为CO（g）+3H2（g）=CH4（g）+H2O（g）△H=-206kJ•mol?1．
（2）在固态金属氧化物电解池中，高温电解H2O～CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图1所示．请问：X是电源的（填正极或负极）负极；写出生成H2的电极反应式：H2O+2eˉ=H2+O2-．
Ⅱ以CO2和NH3为原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例．在尿素合成塔中的主要反应（均自发进行）可表示如下：
反应Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）；△H1
反应Ⅱ：NH2CO2NH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（l）；△H2
反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）；△H3
已知：H2O（g）?H2O（l）；△H4
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的△H1=△H3+△H4-△H2（用其他△H表示）．
（2）反应Ⅱ的△S＞0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）某研究小组为探究反应Ⅲ影响CO2转化率的因素，在其它条件一定时，图2为CO2转化率受温度变化影响的曲线，图3是按不同氨碳比[n（NH3）/n（CO2）]投料时CO2平衡转化率的变化曲线．
当温度高于T℃后，CO2转化率变化趋势如图2所示，其原因是温度高于T℃时，因为反应Ⅲ为自发反应，△S＜0，则反应△H3＜0，是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO2的平衡转化率降低．

（4）在某恒定温度下，将NH3和CO2物质的量之比按2：1充入一体积为10L的密闭容器中（假设容器体积不变，生成物的体积忽略不计且只发生反应Ⅰ），经15min达到平衡，各物质浓度的变化曲线如图4所示．
①在上述条件下，反应Ⅰ的平衡常数的值为250．
②若保持平衡的温度和体积不变，25min时再向该容器中充入2mol NH3和1mol CO2，在40min时重新达到平衡，请在图4中画出25～50min内CO2的浓度变化趋势曲线．

分析 Ⅰ（1）已知：①CH4（g）+2H2O=CO2（g）+4H2（g）△H=+165KJ•mol
②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41KJ•mol
由盖斯定律②-①可得CO（g）+3H2（g）=CH4（g）+H2O（g），据此计算；
（2）电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，根据与X极相连的电极产生的气体判断；电解池阴极发生还原反应，根据反应物结合化合价的变化分析；
Ⅱ（1）①2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）；△H1
②NH2CO2NH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（l）；△H2
③2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）；△H3
④H2O（g）?H2O（l）；△H4
由盖斯定律①=③+④-②可得；
（2）反应Ⅱ：NH2COONH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）是气体体积增大的反应，熵变△S＞0；
（3）温度高于T℃时，因为反应Ⅲ为自发反应，△S＜0，则反应△H3＜0，是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO2的平衡转化率降低；
（4）①由图象可知NH3和CO2的起始浓度分别为0.6mol/L、0.3mol/L，平衡时NH3和CO2的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L，代入化学平衡常数K计算；
②根据等效平衡知识来作图，25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，则建立的是等效平衡，二氧化碳的平衡浓度保持不变．

解答 解：Ⅰ（1）已知：①CH4（g）+2H2O=CO2（g）+4H2（g）△H=+165KJ•mol
②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41KJ•mol
由盖斯定律②-①可得CO（g）+3H2（g）=CH4（g）+H2O（g）△H=-206kJ•mol?1；
故答案为：CO（g）+3H2（g）=CH4（g）+H2O（g）△H=-206kJ•mol?1；
（2）根据图示知：与X相连的电极产生CO，电解H2O-CO2混合气体，二氧化碳得到电子生成一氧化碳，发生还原反应，电解池阴极发生还原反应，所以X是电源的负极；
电解池阴极发生还原反应，电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO，阴极：水中的氢原子得到电子生成氢气，H2O+2e-═H2↑+O2-；
故答案为：负极；H2O+2eˉ=H2↑+O2-；
Ⅱ（1））①2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）；△H1
②NH2CO2NH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（l）；△H2
③2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）；△H3
④H2O（g）?H2O（l）；△H4
由盖斯定律可知①=③+④-②，则△H1=△H3+△H4-△H2；
故答案为：△H3+△H4-△H2；
（2）反应Ⅱ：NH2COONH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）是气体体积增大的反应，熵变△S＞0；
故答案为：＞；
（3）温度高于T℃时，因为反应Ⅲ为自发反应，△S＜0，则反应△H3＜0，是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO2的平衡转化率降低；
故答案为：温度高于T℃时，因为反应Ⅲ为自发反应，△S＜0，则反应△H3＜0，是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO2的平衡转化率降低；
（4）①反应2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s），由图象可知NH3和CO2的起始浓度分别为0.6mol/L、0.3mol/L，平衡时NH3和CO2的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L，固体浓度视为不变，K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{0．{2}^{2}×0.1}$=250；
故答案为：250；
②25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，则建立的是等效平衡，二氧化碳的平衡浓度保持不变，曲线如下：；
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的计算、电解池的原理、化学平衡等知识点，题目难度中等，试题综合性较强，侧重考查学生分析计算能力．

练习册系列答案
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5．写出下列离子方程式：
（1）醋酸溶解水垢CaCO3+2CH3COOH=Ca2++H2O+CO2↑+2CH3COO-．
（2）氧化亚铁溶于硫酸FeO+2H+=H2O+Fe2+．
（3）氢氧化钡中和硫酸2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O．
6．在相同温度下，甲、乙两种溶液，甲溶液的pH是乙溶液的2倍，则甲溶液中c（H+）甲与乙溶液中c（H+）乙之比是（　　）
A．10：1B．100：1C．1：100D．无法确定
11．在1.0L密闭容器中放入0.10molA（g），在一定温度进行如下反应：
A（g）?B（g）+C（g）△H=+285.1kJ•mol-1
反应时间（t）、容器内气体总压强（P）和A的物质的量浓度的数据见下表：
时间t/h0124816
总压强p/100kPa4.915.586.327.318.548.54
c（A）/（mol•L-1）0.100.0860.0710.051aa
回答下列问题：
（1）上述反应能够自发进行的条件是高温．
（2）由总压强P和起始压强P0表示反应物A的转化率α（A）的表达式为（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%．根据表中数据计算平衡时A的转化率为73.9%．
（3）用气体的平衡分压（分压=总压×物质的量的分数）代替平衡浓度表示该反应的平衡常数的表达式KP=$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$（用含α（A）和P的式子表示）．
（4）由总压强P和起始压强P0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n（A），
n总=0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$mol，n（A）=0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）mol，根据上表计算a=0.026mol/L．
（5）由上述实验数据得到反应速率与反应物和生成物物质的量浓度的关系可用图表示．当升高到某一温度时反应重新达到平衡，相应的点分别为a、d．
18．在一定温度下，将3mol A和1mol B两种气体相混合于体积为2L的某密闭容器中（容积不变），发生如下反应：3A（g）+B（g）?xC（g）+2D（g）△H＜0，2min末反应达到平衡状态（温度不变），生成了1mol D，并测得C的浓度为0.5mol•L-1，请填写下列空白：
（1）x的值等于2．
（2）该反应的化学平衡常数K=$\frac{16}{27}$（用分数表示），升高温度时K值将减小（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）若维持温度不变，在原平衡混合物的容器中再充入A、B、C、D各1mol，此时v正小于v逆（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（4）若维持温度和体积不变，在原平衡混合物的容器中再充入3mol A和1mol B，达到新的平衡时，A的体积分数为37.5%．
8．（1）已知如图所示的可逆反应：
A（g）+B（g）?2C（g）+D（g）；△H=Q kJ/mol
则Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）反应体系中加入催化剂，反应速率增大，
则E1的变化是：E1减小，△H的变化是：△H不变（填“增大”“减小”“不变”）．
（3）发射卫星用N2H4作燃料，NO2作氧化剂，两者反应生成N2和水蒸气，已知：N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H1=+67.7kJ/mol，N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）△H2=-534kJ/mol，试写出N2H4与 NO2反应的热化学方程式2N2H4（g）+2NO2（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-1135.7kJ/mol．
15．已知同温同压下，下列反应的焓变和平衡常数分别表示为
（1）2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）；△H1=-197kJ/mol　K1=a
（2）2NO（g）+O2（g）?2NO2（g）；△H2=-144kJ/mol　K2=b
（3）NO2（g）+SO2（g）?SO3（g）+NO（g）；△H3=m kJ/mol　K3=c
下列说法正确的是（　　）
A．m=-26.5　2c=a-bB．m=-53　c2=$\frac{a}{b}$C．m=-26.5　c2=$\frac{a}{b}$D．m=-53　2c=a-b
12．硫的化合物再生产和生活中有广泛的应用，其吸收和处理及相互转化具有广泛的意义
（1）二氧化硫具有还原性，可以和许多氧化剂反应，二氧化硫气体通入硫酸酸化的重铬酸钾溶液中，恰好生成铬钾钒[KCr（SO4）2•12H2O]，写出反应的化学方程式3SO2+K2Cr2O7+11H2O+H2SO4=2KCr（SO4）2.12H2O
反应中被还原的元素Cr
（2）过量二氧化硫通入硫化钠溶液可以看到黄色沉淀，产物还有一种盐，写出反应的离子方程式2H2O+2S2-+5SO2=4HSO3-+3S↓
（3）在1L0.3mol/L的氢氧化钠溶液中，通入4.48L二氧化硫（标况）反应后得到的溶液中微粒的浓度之间有一些等量关系：2c（Na+）=3c（HSO3-）+3c（SO32-）+3c（H2SO3）任写一个
（4）燃烧煤的脱硫减排是减少大气中含硫化合物污染的关键，二氧化硫烟气脱除的一种工业流程
4）燃煤烟气的脱硫减排是减少大气中含硫化合物污染的关键．SO2烟气脱除的一种工业流程如图：

①用纯碱溶液吸收SO2将其转化为HSO3-，反应的离子方程式是H2O+2SO2+CO32-═2HSO3-+CO2
②若石灰乳过量，将其产物再排回吸收池，其中可用于吸收SO2的物质的化学式是NaOH．
13．用如图所示装置进行下列实验，实验结果与预测的现象不一致的是（　　）
 ①中的物质②中的物质预测①的现象
A淀粉KI溶液浓硝酸无明显变化
B酚酞溶液浓盐酸无明显变化
CAlCl3溶液浓氨水有白色沉淀
D湿润红纸条饱和氯水红纸条褪色
A．淀粉KI溶液浓硝酸无明显变化B．酚酞溶液浓盐酸无明显变化
C．AlCl3溶液浓氨水有白色沉淀D．湿润红纸条饱和氯水红纸条褪色

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