运用化学反应原理研究碳.氮.硫等单质及其化合物的反应有重要的意义．(1)CO2为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点.下面为CO2加氢制取乙醇的反应:2CO2(g)+6H2(g)═CH3CH2OH(g)+3H2O在密闭容器中.按CO2与H2的物质的量之比为1:3进行投料.在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数(y%)如图1所示．完� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

5．运用化学反应原理研究碳、氮、硫等单质及其化合物的反应有重要的意义．
（1）CO₂为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点，下面为CO₂加氢制取乙醇的反应：
2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=QkJ/mol　（Q＞0）
在密闭容器中，按CO₂与H₂的物质的量之比为1：3进行投料，在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数（y%）如图1所示．

完成下列填空：
①图中曲线a表示的是H₂O的体积分数．
②图中曲线a和c的交点R对应物质的体积分数y_R=37.5%．
（2）25° C，H₂SO₃和H₂CO₃两种酸的电离平衡常数如表．

	K₁	K₂
H₂SO₃	1.3×10^-2	6.3×10^-8
H₂CO₃	4.4×10^-7	4.7×10^-11

将足量的NaHSO溶液加人到Na₂CO₃溶液中，反应的离子方程式为CO₃^2-+HSO₃^-=HCO₃^-+SO₃^2-
（3）工业上用可溶性碳酸盐提取锶时，先将SrSO₄转化为难溶弱酸盐，再处理．
SrSO₄?Sr²⁺（aq）+SO${\;}_{4}^{2-}$（aq） K_sp=2.5×10^-7
SrCO₃?Sr²⁺（aq）+CO${\;}_{3}^{2-}$（aq） K_sp=2.5×10^-9
则SrSO₄转化为SrCO₃反应的平衡常数值为100
（4）图2是一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理示意图，同时处理有机废水和硝酸盐废水，并获得淡水，图中有机废水中有机物可用C₆H₁₀O₅表示．
①产生N₂的电极为电池的正极（填“正”或“负”）．
②生成X（气体）的电极上发生的电极反应式为C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺．

分析（1）①该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡时CO₂与H₂的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O的含量增大．开始CO₂与H₂的物质的量之比1：3进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH与H₂O按1：3生成，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
②R点为a和c的交点，设此时a的H₂O体积为V，那么c的H₂体积也为V，根据方程式中的关系求出CO₂和CH₃CH₂OH的体积，再求体积分数y_R；
（2）H₂CO₃、HCO₃^-和HSO₃^-的电离平衡常数分别是：4.40×10^-7、4.7×10^-11、6.3×10^-8，所以酸性顺序是：H₂CO₃＞HSO₃^-＞HCO₃^-，化学反应遵循强酸制弱酸的规律；
（3）SrSO₄转化为SrCO₃可将两个离子方程式相减可得到离子方程式SrSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SrCO₃（s）+SO₄^2-（aq）判断，以此计算；
（4）该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则右边装置中电极b是正极，电极反应式为2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂↑+6H₂O，左边装置电极a是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应式为C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺．

解答解：（1）①该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡时CO₂与H₂的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O的含量增大．开始CO₂与H₂的物质的量之比1：3进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH与H₂O按1：3生成，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
曲线a、曲线b随温度升高含量增大，且曲线a的含量高，所以曲线a表示H₂O、曲线b表示CH₃CH₂OH；
曲线c、曲线d随温度升高含量减小，且曲线c的含量高，所以曲线c表示H₂、曲线d表示CO₂．
故答案为：H₂O；
②2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
R点为a和c的交点，设此时a的H₂O体积为6V，那么c的H₂体积也为6V，根据方程式可知CO₂为$\frac{6V}{6}$=2V，C₂H₅OH为$\frac{6V}{3}$=2V，
所以R点对应的体积分数y_R=$\frac{6V}{6V+6V+2V+2V}$×100%=37.5%，
故答案为：37.5%；
（2）化学反应遵循强酸制弱酸的规律，酸性：HSO₃^-＞HCO₃^-，向Na₂CO₃溶液中加入足量NaHSO₃溶液，反应的离子方程式为CO₃^2-+HSO₃^-=HCO₃^-+SO₃^2-，故答案为：CO₃^2-+HSO₃^-=HCO₃^-+SO₃^2-；
（3）依据物质Ksp大小可知，SrSO₄转化成SrCO₃的溶解性不同，反应向更难溶的方向进行，依据沉淀转化写出离子方程式为：SrSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SrCO₃（s）+SO₄^2-（aq），该反应为SrSO₄（s）?Sr²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）K_sp=2.5×10^-7，①SrCO₃（s）?Sr²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）②，该反应为①-②得到，故平衡常数为：$\frac{2.5×1{0}^{-7}}{2.5×1{0}^{-9}}$=100，
故答案为：100；
（4）①该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，电极反应式为2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂↑+6H₂O，则右边装置中电极b是正极，故答案为：正；
②左边装置电极a是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应式为C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺，故答案为：C₆H₁₀O₅-24e^-+7H₂O═6CO₂↑+24H⁺．

点评本题考查较为综合，涉及平衡常数、难溶电解质的溶解平衡等相关知识，题目难度中等，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力，注意相关基础知识的积累．

练习册系列答案

相关题目

4．下列各组离子在指定条件下可以大量共存的是（　　）

	A．	在AlCl₃溶液中：Na⁺、NH₄⁺、S₂O₃^2-、SO₄^2-
	B．	使pH试纸变蓝色的溶液中：Cu²⁺、NO₃^-、Fe³⁺、SO₄^2-
	C．	与铝粉反应放出氢气的无色溶液中：Na⁺、Al³⁺、SO₄^2-、NO₃^-
	D．	常温下$\frac{c（{H}^{+}）}{c（O{H}^{-}）}$=1×10^-12的溶液中：K⁺、AlO₂^-、Na⁺、CO₃^2-

5．氮及其化合物在生产、生活中有着重要的作用．请回答下列问题：

（1）图1是常温下1molNO₂和1molCO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol
（2）在恒温、恒容的密闭容器中，通入一定量的N₂O₄发生反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H如图2
①在0-60s时段，反应速率v（N₂O₄）为0.001mol•L^-1•s^-1．
②温度升高，混合气体的颜色变深，则△H＞0（填“＞”或“＜”）．
③改变条件重新达到平衡时，要使N₂O₄的体积分数变大，可采取的措施有ac（填字母）．
a．向混合气体中通入N₂O₄b．升高温度
c．向混合气体中通入NO₂d．使用高效催化剂
（3）实验室可用NaOH溶液吸收NO₂，反应2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O．含0.2molNaOH的水溶液与0.2molNO₂恰好完全反应得1L溶液A，溶液B为0.1mol•L^-1的CH₃COONa溶液．
①A、B两溶液中c（NO₃^-）、c（NO₂^-）和c（CH₃COO^-）由大到小的顺序为c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-）（已知HNO₂的电离
常数Ka=7.1×10^-4mol•L^-1，CH₃COOH的电离常数Ka=1.7×10^-5mol•L^-1）．
②可使A、B两溶液的PH相等的方法是bc（填字母）．
a．向溶液A中加适量水 b．向溶液A中加适量NaOH
c．向溶液B中加适量水 d．向溶液B中加适量NaOH
（4）铜既能与稀硝酸反应，也能与浓硝酸反应，当铜与一定浓度硝酸反应时，可将方程式表示为：
Cu+HNO₃→Cu（NO₃）₂+NO↑+NO₂↑+H₂O（方程式未配平）．0.6molCu被硝酸完全溶解后，如果得到的
NO和NO₂物质的量相同，则参加反应的硝酸的物质的量为1.8mol．

2．

下列各组物质中，不满足如图所示转化关系的是（　　）

选项	甲	乙	丙	戊
A	NH₃	Cl₂	N₂	H₂
B	Fe	H₂O	Fe₂O₃	CO
C	Al（OH）₃	NaOH	NaAlO₂	CO₂
D	Br₂	FeCl₂	FeBr₃	Cl₂

9．某兴趣小组根据镁与沸水的反应推测镁也能与饱和碳酸氢钠溶液反应．资料显示：镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生大量气体和白色不溶物．该兴趣小组设计了如下实验方案验证产物并探究反应原理．
实验1：用砂纸擦去镁条表面氧化膜，将其放人盛有适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的试管中，迅速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液由浅红变红．
（1）提出假设
该同学对反应中产生的白色不溶物作出如下假设：
假设1：可能为Mg（OH）₂．
假设2：可能为MgCO₃．
假设3：可能是碱式碳酸镁[xMgCO₃•yMg（OH）₂]
（2）设计定性实验确定产物并验证猜测：

实验序号	实验	预期现象和结论
实验Ⅱ	将实验I中收集到的气体点燃	能安静燃烧、产生淡蓝色火焰①该气体为氢气
实验Ⅲ	取实验I中的白色不溶物，洗涤，加入足量此空删去②稀盐酸	产生气泡，沉淀全部溶解；白色不溶物可能含有MgCO₃
实验Ⅳ	取实验I中的澄清液，向其中加入少量CaCl₂溶液	产生白色沉淀；溶液中存在此空删去③CO₃^2-离子

（3）设计定量实验确定实验I的产物：称取实验Ⅰ中所得干燥、纯净的白色不溶物6.20g，充分加热灼烧至不再产生气体为止，并使分解产生的气体全部进入装置A（盛足量浓硫酸）和B（盛足量碱石灰）中．实验前后装置A增重0.36g，装置B增重2.64g，则白色不溶物的化学式3MgCO₃•Mg（OH）₂或Mg₄（OH）₂（CO₃）₃．

10．铁是生产生活中应用最广泛的金属，炼铁技术备受关注，已知：
①2Fe₂O₃（s）+3C（s）?4Fe（s）+3CO₂（g）△H=+460.5KJ•mol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
③断裂1mol CO（s）气体中的化学键需要吸收1076KJ的能量
断裂1mol CO₂（s）气体中的化学键需要吸收1490KJ的能量
请回答：
（1）断裂1mol C（s）中所有化学键需要吸收的能量为834.5kJ．
（2）T₁℃时，向密闭容器中加入一定量的Fe₂O₃和C，发生反应①，达到平衡后，CO₂的浓度为a mol•L^-1；其他条件不变，缩小容器容积，再次达到平衡时，CO₂的浓度为b mol•L^-1，则a=（选填“＞”“＜”或“=”）b．
（3）起始温度均为T₂℃时，向容积为10L的三个恒容密闭容器中，分别加入一定量的Fe₂O₃和CO发生反应②，测得相关数据如表所示：

编号	容器	起始时物质的量 mol		平衡时物质的量/mol	平衡常数（K）
编号	容器	Fe₂O₃	CO	Fe	平衡常数（K）
1	恒温	0.5	1.5	0.8	K₁
2	恒温	2	3	m	K₂
3	绝热	1	1.5	n	K₃

①T₂℃时，容器1中反应的平衡常数K₁=64．
②容器2中，5min达到平衡，则0～5min内以CO₂表示该反应的速率v（CO₂）=0.048mol/（L•min）．
③对于三个容器中的反应，下列说法正确的是D（填选项字母）．
A．m＞2n
B．容器1和容器2中CO的平衡转化率v₁＜v₂．
C．K₁=K₃
D．平衡时气体压强：P₃＞P₁
（4）T₂℃时，向恒压密闭容器中充入0.5mol Fe₂O₃和1.0mol CO，发生反应②，CO和CO₂的物质的量浓度（c）与时间（t）的关系如图1所示．

①6min时，改变的外界条件未升温，理由为升温，平衡逆向移动，CO浓度增大，CO₂浓度减小．
②10min时，再向容器中加入1 mol Fe₂O₃、1 mol CO、1 mol Fe、1 mol CO₂、起始的反应速率v（正）＜（选填“＞”“＜”或“=”）v（逆）．
（5）CO-O₂熔融盐燃料电池的装置如图2所示，电池工作时，C口产生的气体一部分通入B口被利用，另一部分被分离出来，若导线中流过2mole^-，理论上C口被分离出的气体的物质的量最多为1mol．

17．

合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有重要意义．
（1）氧化-还原法消除氮氧化物的转化如下：NO$→_{反应Ⅰ}^{O_{3}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{CO（NH_{2}）_{2}}$N₂
①反应为：NO+O₃═NO₂+O₂，生成11.2L O₂（标准状况）时，转移电子的物质的量是1mol．
②反应Ⅱ中，当n（NO₂）：n[CO（NH₂）₂]=3：2时，反应的化学方程式是6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+8H₂O+4CO₂．
（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1．
（3）尿素[CO（NH₂）₂]是一种高效化肥，也是一种化工原料．
①以尿素为原料一定条件下发生反应：CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+133.6kJ/mol．该反应的化学平衡常数的表达式K=c²（NH₃）•c（CO₂）．关于该反应的下列说法正确的是a（填序号）．
a．从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
b．在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大
c．降低温度使尿素的转化率增大
②密闭容器中以等物质的量的NH₃和CO₂为原料，在120℃、催化剂作用下反应生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）?CO （NH₂）₂ （s）+H₂O（g），混合气体中NH₃的物质的量百分含量[ϕ（NH₃）]随时间变化关系如图所示．则a点的正反应速率V_（正）（CO₂）＞b点的逆反应速率V_（逆）（CO₂）（填“＞”、“=”或“＜”）；氨气的平衡转化率是75%．

14．N_A表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（　　）

	A．	反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol 放出热量9.2KJ时，转移电子0.6 N_A
	B．	7.2g CaO₂晶体中阴离子和阳离子总数为0.3N_A
	C．	标准状况下，11.2L苯中含有碳氢键的数目为3N_A
	D．	0.1mol H₂O₂分子中含极性共价键数目为0.3N_A

15．相同物质的量浓度的KCl、MgCl₂、AlCl₃三种溶液，分别与体积相同、物质的量浓度相同的AgNO₃溶液恰好完全反应，消耗的这三种溶液的体积比是（　　）

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