题目内容

14．“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍．
（1）科研人员通过向地下煤层（焦炭）气化炉中鼓入水蒸气的方法，连续产出了高热值
的煤炭气，其主要成分是CO和H2．
已知：H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1=-241.8kJ•mol-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）△H2=-110.5kJ•mol-1
则生产煤炭气的热化学方程式为C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ•mol-1．
（2）CO在催化剂作用下可以与H2反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．
在2L密闭容器中充有10mol CO与20mol H2，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．
①关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是ABC．
A．CO的含量保持不变
B．v正（CO）=v正（CH3OH）
C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
②该图象中P1＜P2（填“＞”、“=”或“＜”）；
该反应逆反应的△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）×c（CO）}$，M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为KM=KN＞KQ．
④M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n（M）总：n（N）总=10：7．
（3）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ∕mol．

分析 （1）①H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1=-241.8kJ•mol-1②C（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）△H2=-110.5kJ•mol-1②-①得到：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），根据盖斯定律来计算；
（2）①反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；
②升高温度CO的转化率减小，据此判断反应的吸放热情况；相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大；
③K=$\frac{各个生成物平衡浓度系数次幂之积}{各个反应物平衡浓度系数次幂之积}$；化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小；
④M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H2）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH3OH）=5mol；N点时，CO转化率为80%，参加反应的n（CO）=10mol×80%=8mol，还剩余2molCO，根据方程式知，还剩余n（H2）=20mol-8mol×2=4mol，生成n（CH3OH）=8mol，据此计算其物质的量之比；
（3）根据热化学方程式利用盖斯定律计算反应热并书写热化学方程式．

解答 解：（1）①H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1=-241.8kJ•mol-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）△H2=-110.5kJ•mol-1
②-①得到：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），根据盖斯定律得到△H=-110.5kJ•mol-1+241.8kJ•mol-1=+131.3kJ•mol-1，
则生产煤炭气的热化学方程式为C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），△H=+131.3kJ•mol-1，
故答案为：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ•mol-1；
（2）①A．CO的含量保持不变是化学平衡的特征，故A正确；
B．v正（CO）=v正（CH3OH）可以说明正逆反应速率相等，达到了平衡，故B正确；
C．容器中混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比值，质量始终守恒，物质的量会变化，所以混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应达到了平衡，故C正确，故选ABC；
 ②相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p1小于p2，升高温度CO的转化率减小，平衡逆向移动，所以反应是放热反应，焓变小于零，
故答案为：＜；＜；
③化学平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）×c（CO）}$，K只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为KM=KN＞KQ；
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）×c（CO）}$；KM=KN＞KQ；
④M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H2）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH3OH）=5mol；N点时，CO转化率为80%，参加反应的n（CO）=10mol×80%=8mol，还剩余2molCO，根据方程式知，还剩余n（H2）=20mol-8mol×2=4mol，生成n（CH3OH）=8mol，所以容器中总物质的物质的量之比为：n（M）总：n（N）总=（5+10+5）mol：（2+4+8）mol=10：7，
故答案为：10：7；
（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-1
根据盖斯定律，将已知反应$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以该反应的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol-1，即CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ•mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ•mol-1．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、转化率与温度、压强关系，明确温度、压强对该反应平衡影响是解本题关键，题目综合性较强，是对学生能力的考查，难度中等．

练习册系列答案
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15．向一体积为2L的恒容密闭容 器里充入1mol N2和3mol H2，在一定温度下发生反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H＜0.10秒时达到平衡，c（NH3）为0.4mol/L．下列说法正确的是（　　）
A．向该容器中充入N2，平衡正向移动
B．降低温度能使混合气体的密度增大
C．该反应达平衡时H2的转化率为20%
D．研发高效催化剂可大大提高N2的转化率
5．已知25℃时，Ksp[Cu（OH）2]=2×10-20．
（1）某CuSO4溶液里c（Cu2+）=0.02mol/L，如要生成Cu（OH）2沉淀，应调整溶液的pH，
使之大于5．
（2）要使0.2mol•L-1 CuSO4溶液中Cu2+沉淀较为完全（使Cu2+浓度降至原来的千分之一），则应向溶液里加入NaOH溶液，使溶液的pH为6．
2．一定温度下，向容积为2L的恒容密闭容器中充入6mol CO2和8mol H2，发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ•mol-1，测得n（H2）随时间变化如曲线Ⅰ所示．下列说法正确的是（　　）
A．该反应在0～8 min内CO2的平均反应速率是 0.375 mol•L-1•min-1
B．若起始时向上述容器中充入3 mol CO2和4 mol H2，则平衡时H2的体积分数大于20%
C．若起始时向上述容器中充入4 mol CO2、2 mol H2、2 mol CH3OH和1mol H2O（g），则此时反应向正反应方向进行
D．改变条件得到曲线Ⅱ、Ⅲ，则曲线Ⅱ、Ⅲ改变的条件分别是升高温度、充入氦气
9．晶体硅制太阳能电池是发展低碳能源的重要举措．晶体硅的主要制备步骤如下：
（一）用石英砂（含有少量Fe2O3、A12O3杂质）为原料制二氧化硅；
（二）高温下用碳还原二氧化硅制粗硅；
（三）粗硅提纯：
方案Ⅰ：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl3+H2
SiHCl3+H2$\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl
方案Ⅱ：Si+2Cl2$\frac{\underline{\;460-500℃\;}}{\;}$SiCl4
SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;电炉\;}}{铝丝}$Si+4HCl
试回答下列问题：
（1）要除去石英砂中的少量杂质，所用试剂为HCl（填名称）；
（2）写出步骤二中发生反应的化学方程式SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）粗硅提纯必须在无氧氛围中进行，原因是①硅易被氧化成二氧化硅；②防止O2进去与H2混合引起爆炸；
（4）氢气可由天然气与水反应生成：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）；△H＞0．
①要提高CH4的利用率，可采取的措施是通入足量水；降低压强； （至少写两条）
②在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中加入5mol甲烷和6mol水蒸气，一段时间后，测得平衡时甲烷的转化率为40%，试计算该温度下平衡常数K=9．
19．硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用．
（1）己知25℃时：SO2（g）+2CO（g）=2CO2（g）+$\frac{1}{x}$Sx（s）△H=a kJ/mol
2COS（g）+SO2（g）=2CO2（g）+$\frac{3}{x}$Sx（s）△H=b kJ/mol
则COS的电子式为；生成CO（g）与Sx（s）反应的热化学方程式是xCOS（g）=xCO（g）+Sx（s）△H=0.5x（b-a）kJ/mol
（2）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）是常用的食品抗氧化剂之一，它一般由Na2SO3和SO2直接反应获得．焦亚硫酸钠遇水后立即生成一种酸式盐，写出与水发生反应的化学方程式Na2S2O5+H2O=2NaHSO3 ．
（3）工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如图3所示：
①写出反应器中发生反应的化学方程式是SO2+x I2+2H2O═H2SO4+2HIX，若仅在SO2的水溶液中滴加几滴碘水，c（SO32-）/c（HSO3-）将减小（填“增大”、“减小”或“不确定”）．
②图1为电渗析装置，该装置中发生的总反应的化学方程式是2HIx$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$（x-1）I2+2HI．
③若向膜反应器中加入1molHI，在一定条件下n随时间（t）的变化关系如图2所示．该温度下，反应平衡常数K=$\frac{1}{64}$，若将HI通入量变为原来的4倍，则平衡混合物中H2所占体积分数为10%．
6．T K时，向2L恒容密闭容器中充入1molCOCl2，发生反应COCl2（g）?Cl2（g）+CO（g），经过一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：
t/%02468
n（Cl2）/mol00.160.190.200.20
下列说法正确的是（　　）
A．反应在前2s的平均速率v（CO）=0.080mol/L/s
B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c（Cl2）=0.11mol/L
C．T K时起始向容器中充入0.9molCOCl2/0.10molCO，反应达到平衡前v（正）＞v（逆）
D．T K时起始向容器中充入1.0molCl2和0.9molCO．达到平衡时，Cl2的转化率小于80%
3．写出下列反应的热化学方程式：
（1）8g硫粉在O2中完全燃烧生成SO2，放出74KJ热量S（s）+O2（g）═SO2（g）△H=-296kJ/mol；
（2）标况下，5.6LC2H4（乙烯）气体在氧气中完全燃烧生成CO2和液态水放出352KJ热量C2H4+O2（g）═CO2（g）+H2O（l）△H=-1408kJ/mol；
（3）氢气在氧气中燃烧生成气态水，当转移0.4NA个电子，放出48.3KJ热量2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-483kJ/mol．
4．V L Al2（SO4）3溶液中含有Al3+m g，则溶液中SO42-的物质的量浓度为（　　）
A．$\frac{27m}{v}$mol/LB．$\frac{m}{9v}$mol/LC．$\frac{m}{27v}$mol/LD．$\frac{m}{18v}$mol/L

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