题目内容

CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，发生如下反应：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：
物质
CH4
CO2
CO
H2
体积分数
0.1
0.1
0.4
0.4
 
①此温度下该反应的平衡常数K=     。
②已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H="-890.3" kJ·mol－1
CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H="2.8" kJ·mol－1
2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H="-566.0" kJ·mol－1
反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H=     。
（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是   。

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是   。
③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为     。
（3）以CO2为原料可以合成多种物质。
①聚碳酸酯是一种易降解的新型合成材料，它是由加聚而成。写出聚碳酸酯的结构简式：   。
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO2在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为     。

（1）①64    ②+247.3 kJ·mol－1
（2）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低
②增大反应压强或增大CO2的浓度
③3Cu2Al2O4+32H++2NO3－=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O
（3）①    ②CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－

试题分析：（1）①设消耗CH4物质的量为x，则平衡时CH4、CO2、CO、H2物质的量分别为(6-x)mol、(6-x)mol、2xmol、2xmol，由CH4体积分数得，解得x=4。所以K= = =64。②由盖斯定律得△H=(-890.3+2.8×2+566×2) kJ·mol－1=+247.3kJ·mol－1。（2）①温度升高，催化剂活性降低。②CO2(g)＋CH4(g)CH3COOH(l)，增大压强或增大二氧化碳气体浓度，可以提高甲烷转化率。③Cu2Al2O4中Cu为+1价，Cu2Al2O4与硝酸生成硝酸铜、硝酸铝、NO和水，根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平。（3）①CO2发生加聚反应时，断裂C=O双键中的键，聚合得。②CO2在铜电极上可转化为甲烷，C的化合价由+4降为-4，发生还原反应，由电子和电荷守恒、质量守恒写出电极反应式。
练习册系列答案
相关题目
氨在国民经济中占有重要地位。
（1）合成氨工业中，合成塔中每产生2molNH3，放出92.2 kJ热量。
①工业合成氨的热化学方程式是                                       。
②若起始时向容器内放入2molN2和6molH2，达平衡后放出的热量为Q，则Q（填“>”、“<”或“=”）_______184.4 kJ。
③已知：

1molN-H键断裂吸收的能量约等于                       kJ。
（2）工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2]，反应的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：
T / ℃
165
175
185
195
K
111.9
74.1
50.6
34.8
 
①焓变ΔH（填“>”、“<”或“=”）_______0。
（3）已知：
①N2(g)＋O2(g)=2NO(g)   ΔH1＝＋180 kJ·mol－1
②N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)   ΔH2＝－92.4 kJ·mol－1
③2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)   ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1
氨的催化氧化反应的热化学方程式为                                        
氨气是生产化肥、硝酸等的重要原料，围绕合成氨人们进行了一系列的研究
（1）氢气既能与氮气又能与氧气发生反应，但是反应的条件却不相同。
已知：2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g)  ΔH =" -483.6" kJ/mol
3H2 (g) + N2 (g)  2NH3 (g) ΔH =" -92.4" kJ/mol

计算断裂1 mol N≡N键需要能量      kJ ， 氮气分子中化学键比氧气分子中的化学键键     （填“强”或“弱”），因此氢气与二者反应的条件不同。
（2）固氮是科学家致力研究的重要课题。自然界中存在天然的大气固氮过程：N2 (g) + O2 (g) =" 2NO" (g) ΔH =" +180.8" kJ/mol ，工业合成氨则是人工固氮。
分析两种固氮反应的平衡常数，下列结论正确的是       。
 反应
大气固氮
工业固氮
温度/℃
27
2000
25
350
400
450
K
3.84×10-31
0.1
5×108
1.847
0.507
0.152
 
A．常温下，大气固氮几乎不可能进行，而工业固氮非常容易进行
B．人类大规模模拟大气固氮是无意义的
C．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全
D．K越大说明合成氨反应的速率越大
（3）在恒温恒容密闭容器中按照甲、乙、丙三种方式分别投料, 发生反应：3H2 (g) + N2 (g)  2NH3 (g)测得甲容器中H2的转化率为40%。
 
N2
H2
NH3
甲
1
3
0
乙
0.5
1.5
1
丙
0
0
4
判断乙容器中反应进行的方向       。（填“正向”或“逆向”）
达平衡时，甲、乙、丙三容器中NH3的体积分数大小顺序为       。
（4）氨气是合成硝酸的原料，写出氨气与氧气反应生成一氧化氮和气态水的热化学方程式       。
汽车内燃机工作时产生的电火花和高温会引起反应：N2(g)＋O2(g)=2NO(g)，导致汽车尾气中的NO和NO2对大气造成污染。
（1）在不同温度（T1，T2）下，一定量的NO分解产生N2和O2的过程中N2的体积分数随时间t变化如右图所示。根据图像判断反应N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)为_________反应（填“吸热”或“放热”），随着温度的升高，该反应的平衡常数K________（填“增大”“减小”或“不变”，平衡向________移动（填“向左”“向右”或“不”）。

（2）某温度时，向容积为1L的密闭容器中充入5mol N2与2．5molO2,发生N2(g)＋O2(g)=2NO(g)反应，2min后达到平衡状态，NO的物质的量为1mol，则2min内氧气的平均反应速率为_________，该温度下，反应的平衡常数K=________。该温度下，若开始时向上述容器中加入的N2与O2均为1mol，则N2的平衡浓度为_______mol/L。
（3）为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染，给汽车安装尾气净化装置。净化装置里装有含Pd等过渡元素的催化剂，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如右图所示
。
写出上述变化中的总化学反应方程式：________________________________________。
（4）用催化还原的方法也可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)  △H＝－574kJ/mol
CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)  △H＝－1160kJ/mol
写出CH4还原NO2至N2的热化学方程式_______________________________________。
氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
（1）以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下：
①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol－1
②NH2CO2NH4(s)＝CO (NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH＝a kJ·mol－1
③2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH＝－86.98 kJ·mol－1
则a为               。
（2）反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)在合成塔中进行。下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比 [n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为：
A. 0.6～0.7       B. 1～1.1        C. 1.5～1.61
生产中应选用水碳比的数值为     （选填序号）。
②生产中氨碳比宜控制在4.0左右，而不是4.5的原因可能是   。
（3）尿素可用于湿法烟气脱氮工艺，其反应原理为：
NO＋NO2＋H2O＝2HNO2      2HNO2＋CO(NH2)2＝2N2↑＋CO2↑＋3H2O。
①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)＝5∶1时，可通入一定量的空气，同温同压下，V(空气)∶V(NO)＝      （空气中氧气的体积含量大约为20%）。
②下图是尿素含量对脱氮效率的影响，从经济因素上考虑，一般选择尿素浓度约为           %。

（4）下图表示使用新型电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量，同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式             。生产中可分离出的物质A的化学式为       。
I．工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

（1）“图1”表示反应中能量的变化，曲线   （填“a或b”）表示使用了催化剂；该反应的热化学方程式为              。
（2）若容器容积不变，下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。
A．升高温度
B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入1 mol CO和2 mol H2
（3）其他条件不变，请在“图2”中画出温度为T2（且T2<T1）时，CO的平衡转化率与H2和CO的起始组成比[n(H2)/n(CO)]的关系曲线。

II．向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液，充分搅拌，弃去上层清液，如此处理多次，可使BaSO4全部转化为BaCO3，发生的反应可表示为：BaSO4(s)+CO32－(aq)BaCO3(s)+SO42－(aq)。
（4）现有0.20 mol BaSO4，加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na2CO3溶液处理，假设起始的c(SO42－)≈0，平衡时，K=4.0×10－2，求达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。（写出计算过程，计算结果保留2位有效数字）
以下是一些物质的熔沸点数据（常压）：
 
钾
钠
Na2CO3
金刚石
石墨
熔点（℃）
63.65
97.8
851
3550
3850
沸点（℃）
774
882.9
1850（分解产生CO2）
----
4250
 
金属钠和CO2在常压、890℃发生如下反应：
4 Na（g）+ 3CO2（g）2 Na2CO3（l）+ C(s，金刚石) △H=－1080.9kJ/mol
（1）上述反应的平衡常数表达式为             ；若4v正(Na)=3v逆(CO2)，反应是否达到平衡    （选填“是”或“否”）。
（2）若反应在10L密闭容器、常压下进行，温度由890℃升高到1680℃，若反应时间为10min, 金属钠的物质的量减少了0.20mol，则10min里CO2的平均反应速率为             。
（3）高压下有利于金刚石的制备，理由是                                            。
（4）由CO2（g）+4Na（g）=2Na2O（s）+C（s，金刚石） △H=－357.5kJ/mol；则Na2O固体与C（金刚石）反应得到Na（g）和液态Na2CO3（l）的热化学方程式                   。
（5）下图开关K接M时，石墨作   极，电极反应式为                 。K接N一段时间后测得有0.3mol电子转移，作出y随x变化的图象〖x—代表n(H2O)消耗，y—代表n［Al(OH)3］，反应物足量，标明有关数据〗
     
最近几年我国已加大对氮氧化物排放的控制力度。消除氮氧化物污染有多种方法。
（l）用CH4还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH4(g)＋4NO2(g)= 4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=-574kJ·mol-1
②CH4(g)＋4NO (g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=-1160kJ·mol-1
③H2O(g)= H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1
CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式为                 。
（2）用活性炭还原法也可处理氮氧化物。有关反应为：2C(s)＋2NO2(g)=N2(g)＋2CO2(g) △H<0，起始时向密闭容器中充入一定量的C(s)和NO2(g)，在不同条件下，测得各物质的浓度变化状况如下图所示。

①0?10min内，以CO2表示的平均反应速率v(CO2)=               。
②0～10min，10?20 min，30?40 min三个阶段NO2的转化率分别为α1、α2、α3，其中最小的为         ，其值是                   。
③计算反应达到第一次平衡时的平衡常数K=            。
④第10min时，若只改变了影响反应的一个条件，则改变的条件为      (填选项字母）。
A．增加C(s)的量       B．减小容器体积      C．加入催化剂
⑤20～30min、40?50 min时体系的温度分别为T1和T2，则T1_____T2(填“> “<”或“=”）， 判断的理由是                         。
已知H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) △H= -184.6kJ·mol-1， 则反应HCl(g)＝1/2H2(g)+1/2Cl2(g)的△H为
A．+184.6kJ·mol-1B．―92.3kJ·mol-1
C．+92.3kJD．+92.3kJ·mol-1

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