题目内容

15．利用天然气可制得以H2、CO等为主要组成的工业原料合成气，反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）．
（1）甲烷与水蒸气反应，被氧化的元素是C（碳），当生成标准状况下35.84L合成气时转移电子的物质的量是2.4mol．
（2）将2mol CH4和5mol H2O（g）通入容积为100L的反应室，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图．
①达到A点所需的时间为5min，则v（H2）=0.006mol•L-1•min-1，100℃时平衡常数K=6.75×10-4mol2•L-2．
②图中的P1＜P2（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系是KC＞KB＞KA．
（3）合成气用于合成氨气时需除去CO，发生反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H＜0，下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大的AC（选填编号）．
A．降低温度               B．恒温恒容下充入He（g）
C．将H2从体系中分离      D．再通入一定量的水蒸气
可用碳酸钾溶液吸收生成的CO2，常温下pH=10的碳酸钾溶液中水电离的OH-的物质的量浓度为1×10-4mol•L-1，常温下，0.1mol•L-1KHCO3溶液pH＞8，则溶液中c（H2CO3）＞c（CO32-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

分析 （1）该反应中C元素化合价由-4价变为+2价、H元素化合价由+1价变为0价，失电子化合价升高的元素被氧化；当生成标准状况下35.84L合成气时，生成n（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}$=0.4mol，根据C元素化合价变化确定转移电子的物质的量；
（2）①根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算甲烷的反应速率，再根据同一可逆反应、同一时间段内个物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率；
化学平衡常数K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$；
②相同其它条件下，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化为减小；化学平衡常数只与温度有关，升高温度，甲烷的转化率增大，则正反应是吸热反应，温度越高，化学平衡常数越大；
（3）能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，该反应应该向正反应方向移动但不能通过增大水蒸气的物质的量实现；
水电离的OH-的物质的量浓度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-pH}}$；常温下，0.1mol•L-1 KHCO3溶液pH＞8，说明碳酸氢根在水解程度大于电离程度．

解答 解：（1）该反应中C元素化合价由-4价变为+2价、H元素化合价由+1价变为0价，失电子化合价升高的元素被氧化，所以C元素被氧化；当生成标准状况下35.84L合成气时，生成（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}$=0.4mol，则转移电子的物质的量=0.4mol×[2-（-4）]=2.4mol，
故答案为：C（碳）；2.4mol；
（2）①甲烷的反应速率=$\frac{\frac{2mol×0.5}{100L}}{5min}$=0.002mol/（L．min），同一可逆反应、同一时间段内个物质的反应速率之比等于其计量数之比，则氢气的反应速率=3×0.002mol/（L．min）=0.006mol/（L．min）；
100℃时，c（CH4）=$\frac{2mol×（1-0.5）}{100L}$=0.01mol/L，c（H2O）=$\frac{5mol-2mol×（1-0.5）}{100L}$=0.04mol/L，
c（CO）=$\frac{2mol×0.5}{100L}$=0.01mol/L，c（H2）=3c（CO）=0.03mol/L，化学平衡常数K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.01×（0.03）3}{0.01×0.04}$=6.75×10-4，
故答案为：0.006mol•L-1•min-1；6.75×10-4 mol2•L-2；
②根据图象知，增大压强，平衡向逆反应方向移动，则甲烷的转化率降低，所以P1＜P2；
升高温度，甲烷的转化为增大，说明正反应是吸热反应，温度越高，平衡常数越大，所以KC＞KB＞ KA，
故答案为：＜；KC＞KB＞ KA；
（3）A．降低温度，平衡向正反应方向移动，则能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，故正确；  
B．恒温恒容下充入He（g），反应物和生成物浓度不变，则平衡不一定，则$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$不变，故错误； 
C．将H2从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，故正确；  
D．再通入一定量的水蒸气，平衡向正反应方向移动，但水转化的物理量远远小于加入的物理量，所以能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$减小，故错误；
故选：AC；
可用碳酸钾溶液吸收生成的CO2，常温下pH=10的碳酸钾溶液中水电离的c（OH-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$mol/L=1×10-4 mol•L-1；常温下，0.1mol•L-1 KHCO3溶液pH＞8，则溶液中碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，所以c（H2CO3）＞c（CO32-），故答案为：AC； 1×10-4 mol•L-1；＞．

点评 本题考查了转化率与温度和压强的关系、化学平衡移动的影响因素、盐类水解等知识点，会根据图象中温度、压强温度反应热、平衡移动方向，注意化学平衡常数只与温度有关，注意（3）中BD选项，如果恒压条件下充入He，则平衡会发生移动，但恒容条件下通入He，则平衡不移动，为易错点．

练习册系列答案
相关题目
1．下列现象与氢键无关的是（　　）
①NH3的熔、沸点比VA族其他元素氢化物的熔、沸点高
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的熔、沸点低
④水分子高温下也很稳定⑤水分子较硫化氢分子稳定．
A．①②③④B．④⑤C．③④⑤D．①②③
2．环境问题已经是我国面临的重大问题．
Ⅰ．减少二氧化碳的排放是一项重要课题．研究表明，C02经催化加氢可合成低碳醇：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H几种化学键的键能如表所示
化学键C=0H-HC-CC-H0-HC-0
键能/kJ•mol-1803436332409463326
通过计算得出△H=-28kJ/mol．
（2）在1.0L恒容密闭容器中投入lmolC02和2.75molH2发生该反应，实验测得不同温度及压强下，平衡时甲醉的物质的量如图所示．
当压强为P2，温度为512K时，向该容器中投入 lmol CO2、0.5mol H2、2mol CH3OH、0.6mol H20时，平衡向逆反应方向移动．
（3）以CH3OH、空气（02含量20%）、KOH溶液为 原料，以石墨为电极可直接构成燃料电池，则该电池的负极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；用该 电池电解500mL 1mol/L CuSO4溶液，当燃料电池消耗标况下56L空气时，计算理论上两极电解产生气体的总物质的量1mol．
Ⅱ．SO2也是一种大气污染物，可以用海水处理含SO2的废气，海水中主要离子的含量如下：
成分含量/（mg/L）成分含量（mg/L）
Cl-18980Ca2+400
Na+10560HCO3-；142
SO42-2560Mg2+1272
（1）海水经初步处理后，还含有Ca2+、Mg2+，Na+、Cl-，向其中加入石灰浆使海水中的Mg2+转换 为Mg（OH）2，当Mg2+刚好沉淀完全时，c（ Ca2+）为4.58mol/L
已知Ksp[Mg（OH）2]=1.2×l0-11   Ksp[Ca（OH）2]=5.5×10-6
（2）处理过的废气中S02的含量可以通过碘量法来测定．用到的试剂有：0．l mol•L的碘标准溶液，淀粉溶液．当把处理后的废气以每分钟aL（标况下）的流速通入到lOOmL含有淀粉的碘标准液中，t min达到滴定终点．滴定终点的现象为溶液蓝色褪去，且半分钟不恢复颜色计算该处理气中SO2的含量$\frac{0.224}{at}$（用含a，t的式子表示）
3．铝是用途广泛的金属材料，目前工业上主要用铝土矿（主要成分含氧化铝、氧化铁）来制取铝，其常见的过程如图：

请回答下列问题：
（1）沉淀B的化学式为Fe2O3，溶液C中阴离子主要是AlO2-和OH-．
（2）操作Ⅰ是过滤 （填操作名称）．
（3）写出①过程中发生反应的离子方程式Al2O3+2OH-═2AlO-2+H2O．
（4）Al（OH）3沉淀必须进行洗涤才能通过操作Ⅳ获得纯净Al2O3，操作Ⅳ是灼烧 （填操作名称），简述洗涤沉淀的操作方法：在过滤器中加入水至淹没沉淀，等水自然流尽后重复操作2-3次．
（5）生产过程中，除水、CaO和CO2可以循环使用外，还可循环使用的物质有NaOH（填化学式）．
10．工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl4（g）+2H2（g）?Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ•mol-1（Q＞0），某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应，下列叙述正确的是（　　）
A．反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率
B．若反应开始时SiCl4为1mol，则达到平衡时，吸收热量为QkJ
C．反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol•L-1，则H2的反应速率为：0.015mol/（L•min）
D．当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl通入100mL1mol•L-1的NaOH溶液恰好反应
20．生物质能是一种洁净、可再生能源．生物质气（主要成分为 CO、CO2、H2 等）与H2混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH3OCH3）及许多烃类物质等，是生物质能利用的方法之一．
（1）已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表：
 气化反应式 1gK
 700K 900K 1200K
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g） -2.64-0.39 1.58
 C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）-1.67-0.03 1.44
反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），该反应的△H＜0（选填：“＞”、“＜”、“=”）；在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=0.36．
（2）业上合成甲醇的反应为：CO+2H2?CH3OH．已知：H2（g）、CO（g）、CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．则：CH3OH（l）不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学反应方程式为CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）；△H=-443.5kJ/mol．
（3）在一定温度、压强和催化条件下，工业上用H2CO和CO合成CH3OCH3：
3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.4KJ•mol-1
①在一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，只改变一个条件能同时提高反应速率和CO的转化率的是cd（填字母序号）．
a．降低温度  b．加入催化剂  c．缩小容器体积   d．增加H2的浓度   e．增加CO的浓度
②在一体积可变的密闭容器中充入3molH2、3molCO、1molCH3OCH3、1molCO2，在一定温度和压强下发生上述反应，经一定时间达到平衡，测得平衡时混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍．反应开始时正、逆反应速率的大小：v正＞v逆（填“＞”“＜”或“=”），平衡时CO的物质的量分数为15%．
（4）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染，常温下，将amol•L-1的醋酸与bmol•L-1的Ba（OH）2溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c（Ba2+）=c（CH3COO-），则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10-7 mol•L-1（用含a和b的代数式表示，体积变化忽略不计）．
7．A、B、C、D均为中学所学的常见物质且均含有同一中元素，它们之间的转化关系如图所示（反应条件及其它物质已经略去）：

（1）若A是黄色晶体；B为酸雨的成因之一，且可使品红溶液褪色，则将B通入KMnO4溶液的现象为紫红色变为无色；体现B的还原性（填“氧化性”“还原性”“漂白性”）；请写出D的浓溶液与单质铜反应的化学方程式：Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO2↑+CuSO4+2H2O；此反应中作氧化剂的D与参加反应的D的物质的量之比为1：2；
（2）若A气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，常温下D的浓溶液能使金属Fe、Al钝化，请写出实验室制备A的化学方程式：2NH4Cl+Ca（OH）2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3+2H2O；请写出C→D的离子方程式3NO2+H2O=2H++2NO3-+NO．
（3）若A是一种活泼金属，C是淡黄色固体，则C的名称为过氧化钠，试用化学方程式表示该物质与二氧化碳气体的反应2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；将C长期露置于空气中，最后将变成物质E，E的化学式为Na2CO3．
4．（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．已知在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和水，放出热量642kJ（25℃时），N2H4完全燃烧的热化学方程式是：N2H4（l）+O2（g）=N2（g）+2H2O（1）△H=-642.0kJ/mol．
（2）在高温下一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫．
①C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ•mol
②CO2（g）+C（s）=2CO（g）△H2=+172.5kJ•mol
③S（s）+O2（g）=SO2（g）△H3=-296.0kJ•mol
则CO与SO2反应的热化学方程式是2CO（g）+SO2（g）=CO2（g）+S（s）△H=-270kJ/mol．
（3）硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4═Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O．下列各组实验中最先出现浑浊的是D（填字母代号）．
实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀H2SO4H2O
V/mLc/（mol•L-1）V/mLc/（mol•L-1）V/mL
A2550.1100.15
B2550.250.210
C3550.1100.15
D3550.250.210
（4）已知H+（aq）+OH-（aq）═H2O（1）△H=-57.3kJ/mol，实验室用0.25L0.10mol/L的一元强酸和强碱恰好完全中和，若中和后溶液体积为500mL，其溶液的比热容为4.2×10-3kJ/（g•℃），且密度近似为1.0g/mL，则溶液温度升高了0.68℃．（结果保留两位小数）
5．25℃时，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（　　）
A．澄清透明的溶液中：Na+、K+、MnO4-、NO3-
B．pH=13的溶液中：Na+、K+、SO42-、HCO3-
C．0.1 mol•L-1 NaClO溶液中：K+、Na+、NO3-、I-
D．0.1 mol•L-1 FeCl3溶液中：Na+、NH4+、SCN-、SO42-

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