题目内容

目前，“低碳经济”备受关注，CO2的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题．试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：k=
c2(H2)?c(CO2)
c2(H2O)
它所对应的化学反应为：
 

（2）一定条件下，将C（s）和H2O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如表所示：
容器 容积/L 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min
C（s） H2O（g） H2（g）
甲 2 T1 2 4 3.2 8
乙 1 T2 1 2 1.2 3
①T1℃时，该反应的平衡常数K=
 

②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H2O（g）的物质的量浓度
 
 （填选项字母）．
A．=0.8mol?L-1    B．=1.4mol?L-1    C．＜1.4mol?L-1    D．＞1.4mol?L-1
③丙容器的容积为1L，T1℃时，按下列配比充入C（s）、H2O（g）、CO2（g）和H2（g），达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是
 
（填选项字母）．
A.0.6mol、1.0mol、0.5mol、1.0mol
B.0.6mol、2.0mol、0mol、0mol
C.1.0mol、2.0mol、1.0mol、2.0mol
D.0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol
（3）在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇，已知CH3OH、H2的燃烧热分别为：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol，写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式：
 
．
（4）将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：
2CO2（g）+6H2（g）
催化剂
CH3OCH3（g）+3H2O（g）
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下表：
投料比[
n(H2)
n(CO2)
]		 500K 600K 700K 800K
1.5 45% 33% 20% 12%
2.0 60% 43% 28% 15%
3.0 83% 62% 37% 22%
①该反应的焓变△H
 
0，熵变△S
 
0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式
 
．若以1.12L?min-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9℃），用该电池电解500mL 2mol?L-1 CuSO4溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜
 
g．
考点：化学平衡常数的含义,反应热和焓变,热化学方程式,化学电源新型电池
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）根据平衡常数的定义判断反应的方程式；
（2）①利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，再根据平衡常数k计算；
②随反应进行，物质的浓度降低，反应速率较短，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，据此解答；
③反应前后气体的体积发生变化，恒温恒容下，改变初始各组分的物质的量，平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同，则为完全等效平衡，起始时固体的量碳的量减小会影响参加反应水的物质的量，故按化学计量数转化到左边，起始浓度相等，故满足c（H2O）=2mol/L，且n（C）：n（H2O）≥1：2；
（3）利用盖斯定律计算反应热，并书写热化学方程式；
（4）①依据平衡常数随温度变化分析判断，平衡常数只随温度变化，熵变依据反应前后气体体积变化分析；
②甲醚作为燃料电池的原料．甲醚在负极失电子发生氧化反应，依据电极书写方法写出电极反应；依据二甲醚通入的量计算物质的量，结合电子守恒计算析出铜的质量．
解答： 解：（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，根据元素守恒可推知有碳反应，所以该反应的方程式为C（s）+2H2O（g）?CO2（g）+2H2 （g），故答案为：C（s）+2H2O（g）?CO2（g）+2H2 （g）；
（2）①由表中数据可知，平衡时氢气的物质的量为3.2mol，则：
          C（s）+2H20（g）?C02（g）+2H2（g）
开始（mol）：2      4        0        0
转化（mol）：1.6    3.2      1.6      3.2
平衡（mol）：0.4    0.8      1.6      3.2
平衡常数k=
c(CO2)c2(H2)
c2(H2O)
=
1.6
2
×(
3.2
2
)2
(
0.8
2
)2
=12.8，
故答案为：12.8；
②3min内水蒸气的浓度变化量=氢气的浓度变化量的一半=
1.2mol
1L
×
1
2
=0.6mol/L，随反应进行，物质的浓度降低，反应速率较短，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，故反应进行到1.5min时，H2O（g）的物质的量浓度小于2mol/L-0.6mol/L=1.4mol/L，
故答案为：C；
③反应前后气体的体积发生变化，恒温恒容下，改变初始各组分的物质的量，平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同，则为完全等效平衡，起始时固体的量碳的量减小会影响参加反应水的物质的量，按化学计量数转化到左边，起始浓度相等，故满足c（H2O）=
4mol
2L
=2mol/L，且n（C）：n（H2O）≥1：2，
A．按化学计量数转化到左边，CO2与H2恰好转化，则c（H2O）=2mol/L，n（C）：n（H2O）=（0.6mol+0.5mol）：（1mol+1mol）=1.1：2≥1：2，故A正确；
B．c（H2O）=2mol/L，n（C）：n（H2O）=0.6mol：2mol=0.6：2＜1：2，故B错误；
C．按化学计量数转化到左边，CO2与H2恰好转化，则c（H2O）=4mol/L≠2mol/L，故C错误；
D．按化学计量数转化到左边，CO2与H2恰好转化，则c（H2O）=2mol/L，n（C）：n（H2O）=（0.2mol+0.75mol）：（0.5mol+1.5mol）=1：2，故D正确，
故答案为：AD；
（3）甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l），△H1=-1451kJ/mol；
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（l），△H2=-571.6KJ/mol，
根据盖斯定律，反应CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）
可以看成是方程式
3
2
×②-①×
1
2
；所以△H=×
3
2
（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×
1
2
=-131.9KJ/mol，
故答案为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）△H=-131.9KJ/mol；
（4）①依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，反应前后是气体体积减小的反应△S＜0，
故答案为：＜；＜；
②若用甲醚作为燃料电池的原料，甲醚在负极失电子反应氧化反应，在碱性介质中电池负极的电极反应式：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；
若以1.12L?min-1（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL 2mol?L-1 CuS04溶液，通电0.50min后，通入二甲醚物质的量=
1.12L/min×0.50min
22.4L/mol
=0.025mol；
依据电极反应电子守恒，CH3OCH3～12e-～6Cu2+
n（Cu2+）=0.025mol×6=0.15mol
m（Cu）=0.15mol×64g/mol=9.6g
理论上可析出金属铜的质量9.6g，
故答案为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；9.6．
点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数的影响因素判断，原电池、电解池的电极反应书写，原理应用和电子守恒计算，题目难度较大．
练习册系列答案
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下列装置或操作不能实现实验目的是（　　）
A．吸收易溶于水的气体 B． 实验室制取氨气 C．配制银氨溶液 D．实验室制乙烯
      
A、AB、BC、CD、D
金属镍、铁及非金属元素碳在合金材料、有机合成材料中有广泛的应用．
请回答下列问题：
（1）Ni原子的核外电子排布式为
 
．
（2）Fe原子的外围电子排布图为
 
．
（3）含碳化合物丙烯腈（H2C=CH-C≡N）分子中碳原子轨道杂化类型为
 

（4）NiO、FeO的晶体类型均与氯化钠晶体相同，Ni2+和Fe2+离子半径分别为69Pm和78Pm，则两种物质的熔点NiO
 
FeO（填“＞”或“＜”），判断依据是
 
．
（5）CaC2晶体的晶胞也与氯化钠相似，但由于CaC2晶体中的C22-存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC2晶体中1个C22-周围距离最近且相等的Ca2+数目为
 
，C22-与O22+互为等电子体，写出O22+的电子式
 
．
（6）铁在一定条件下可形成体心立方堆积的晶体，设铁原子半径为r，请用含r的代数式表示该晶体空间利用率
 
．
（1）如图所示，组成一种原电池．试回答下列问题（灯泡功率合适）：
①电解质溶液为稀H2SO4时上述装置中灯泡亮，此时Al电极上发生反应的电极反应式为：
 
；
②电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡
 
（填“亮”或“不亮”，填“亮”做a题，填“不亮”做b题）．
a．若灯泡亮，则Al电极上发生反应的电极反应式为：
 
；
b．若灯泡不亮，其理由为：
 
．
（2）原电池原理的应用之一是可以设计原电池．请利用反应“Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+”设制一个原电池（正极材料用碳棒）则该电池的负极材料是
 
，正极上发生反应的电极反应式
 
；若导线上转移电子1.5mol，则溶解铜的质量是
 
．另外的重要应用是实验室在用锌与稀硫酸反应制备氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜溶液，其作用是：
 
．
广东省有着丰富的海洋资源．海水提取食盐和Br2以后的盐卤可以用来制备纯净的MgCl2或MgO．盐卤中含有Mg2+、Cl-，还含有少量Na+、Fe2+、Fe3+和CO（NH2）2等．制备流程如图所示：

（1）滤渣的成分是
 
（填化学式）；滤液Ⅱ中所含的主要杂质离子是
 
（写离子符号）．
（2）用NaClO除去尿素CO（NH2）2时，生成物除盐外，都是能参与大气循环的物质，则该反应的化学方程式为
 
；加入NaClO还能起到的作用是
 
．
（3）直接将MgCl2?6H2O加强热能得到MgO，反应的化学方程式是
 
．用MgCl2?6H2O制备无水MgCl2过程中，所需要的化学试剂是
 
．
（4）海水制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2是利用SO2气体，SO2吸收Br2的离子方程式是
 
．SO2气体可来源于硫酸工业的尾气，同时，SO2尾气也可用氨水吸收，作为制备化肥的原料，SO2气体用氨水吸收得到的产物可能是
 
．
能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力．
（1）太阳能热水器中常使用一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层，写出基态镍原子的外围电子排布式
 
，它位于周期表
 
区．
（2）1985年，科学家发现的C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图3），因此又叫足球烯．足球烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途．1991年科学家又发现一种碳的单质--碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（图4）．图1、图2分别是金刚石和石墨的结构示意图，图中小黑点或小黑圈均代表碳原子．
①在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有
 
（填数字）个碳原子，每个碳原子上的任两个C-C键的夹角都是
 
（填角度）．如果C-C键的键能是ωkJ/mol，则将12g金刚石碳碳键完全破坏掉需要的能量
 
kJ．
②由图5石墨的晶体结构俯视图可推算在石墨晶体中，每个正六边形平均
所占有的C原子数与C-C键数之比为
 
．
③足球烯（C60）分子中碳原子轨道的杂化类型为
 
；1molC60分子中σ键的数目为
 
个．
④金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管物理性质存在较大差异的原因是：
 
．常温下足球烯和碳纳米管的化学性质比金刚石和石墨
 
（填“活泼”或“一样”）理由是：
 
．
⑤燃氢汽车之所以尚未大面积推广除较经济的制氢方法尚未完全解决外，制得H2后还需解决贮存问题，在上述四种碳单质中有可能成为贮氢材料的是：
 
．
某种烃A对氢气的相对密度为36，已知该烃中碳氢两元素的质量比为5：1，求：
（1）该烃的相对分子质量
（2）确定该烃的分子式
（3）如果该烃的一氯取代物有4种，写出该烃的结构简式
（4）烃A可由另一种烃B通过加成反应而制得，则烃B的可能的是（任写一种可能的结构简式）
下列五种有机物：
①CH3OH② ③ ④
⑤ ⑥⑦CH3-CH2-O-CH2-CH3
（1）（填编号，下同） 不能与金属钠反应
 

（2）能发生催化氧化为醛类物质
 

（3）能发生消去反应，消去反应产物有2种的为
 
．
下列叙述正确的是（　　）
A、工业上电解熔融的Al2O3冶炼铝用铁做阳极
B、用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴、阳两极产物的物质的量之比为1：2
C、用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1mol NaOH
D、用惰性电极电解浓CuSO4溶液一小段时间后，加入Cu2O固体可以使CuSO4溶液恢复原来浓度

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