题目内容

10．以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命．以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向．
（1）甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2，氢元素利用率达100%，反应的化学方程式为CH3OH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+2H2，该方法的缺点是产物H2中CO含量最高．
（2）甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：
主反应：CH3OH（g）+H2O（g）═CO2（g）+3H2（g）△H=+49kJ•mol-1
副反应：H2（g）+CO2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41kJ•mol-1
①既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是升高温度．
②分析适当增大水醇比（nH2O：nCH3OH）对甲醇水蒸气重整制氢的好处提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成．
③某温度下，将nH2O：nCH3OH=1：1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为（$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-1）×100%．（忽略副反应）
④工业生产中，单位时间内，单位体积的催化剂所处理的气体体积叫做空速[单位为m3/（m3催化剂•h），简化为h-1]．一定条件下，甲醇的转化率与温度、空速的关系如图．空速越大，甲醇的转化率受温度影响越大．其他条件相同，比较230℃时1200h-1和300h-1两种空速下相同时间内H2的产量，前者约为后者的3.2倍．（忽略副反应，保留2位有效数字）
（3）甲醇水蒸气重整制氢消耗大量热能，科学家提出在原料气中掺入一定量氧气，理论上可实现甲醇水蒸气自热重整制氢．
已知：CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）+2H2（g）△H=-193kJ•mol-1
则5CH3OH（g）+4H2O（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═5CO2（g）+14H2（g）的△H=+3 kJ•mol-1．

分析 （1）甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2，氢元素利用率达100%，反应生成CO与氢气；得到混合气体中CO不易分离除去；
（2）①正反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，且增大反应速率；
②增大水醇比，甲醇的利用率增大；
③恒温恒容下，气体的压强之比等于其物质的量之比，计算平衡时气体的总物质的量，再利用差量法计算参加反应甲醇的物质的量，进而计算甲醇的转化率；
④由图可知，空速越大，甲醇的转化率受温度影响越大；
由图可知，230℃时1200h-1和300h-1两种空速下甲醇的转化率分别为75%、95%，氢气的产量之比等于参加反应甲醇的体积之比；
（3）已知：①．CH3OH（g）+H2O（g）?CO2（g）+3H2（g））△H=+49 kJ•mol-1
②．CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?CO2（g）+2H2（g）△H=-193kJ•mol-1
根据盖斯定律，①×4+②可得：5CH3OH（g）+4H2O（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?5CO2（g）+14H2（g）．

解答 解：（1）甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2，氢元素利用率达100%，反应生成CO与氢气，反应方程式为：CH3OH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+2H2；缺点是得到混合气体中CO不易分离除去，产物H2中CO含量最高，
故答案为：CH3OH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+2H2；产物H2中CO含量最高；
（2）①正反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度增大反应速率，有利于平衡正向移动，甲醇的转化率增大，故答案为：升高温度；
②增大水醇比（nH2O：nCH3OH），有利于反应正向进行，提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成，故答案为：提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成；
③设起始 n（H2O）=n（CH3OH）=1mol，恒温恒容下，气体的压强之比等于其物质的量之比，平衡时气体的总物质的量2mol×$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$，
CH3OH（g）+H2O（g）?CO2（g）+3H2（g）物质的量增大
1                                         2
（ $\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-1）mol                       2mol×$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-2mol=2（$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-1）mol
故甲醇的转化率为$\frac{（\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}-1）}{1mol}$×100%=（$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-1）×100%，
故答案为：（$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-1）×100%；
④由图可知，空速越大，甲醇的转化率受温度影响越大；
由图可知，230℃时1200h-1和300h-1两种空速下甲醇的转化率分别为75%、95%，氢气的产量之比等于参加反应甲醇的体积之比，故相同时间内H2的产量，前者约为后者的$\frac{1200×75%}{300×95%}$≈3.2倍，
故答案为：大；3.2；
（3）已知：①．CH3OH（g）+H2O（g）?CO2（g）+3H2（g））△H=+49 kJ•mol-1
②．CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?CO2（g）+2H2（g）△H=-193kJ•mol-1
根据盖斯定律，①×4+②可得：5CH3OH（g）+4H2O（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?5CO2（g）+14H2（g），则：△H=4×49 kJ•mol-1-193kJ•mol-1=+3kJ•mol-1，
故答案为：+3．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应热计算等，侧重考查学生分析计算能力，注意盖斯定律在反应热计算中应用．

练习册系列答案
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7．用酸式滴定管准确移取10.00mL某未知浓度的盐酸溶于一洁净的锥形瓶中，然后用0.20mol•L -1的氢氧化钠溶液（指示剂为酚酞）．滴定结果如下：
NaOH起始读数NaOH终点读数
第一次      0.50mL    18.60mL
第二次      0.70mL    19.00mL
（1）根据以上数据可以计算出盐酸的物质的量浓度为0.364mol•L-1．
（2）达到滴定终点的标志是无色变为红色，且30s内不变色．
（3）以下操作造成测定结果偏高的原因可能是AD．
A．未用标准液润洗碱式滴定管
B．滴定终点读数时，俯视滴定管的刻度，其它操作均正确
C．盛装未知液的锥形瓶用蒸馏水洗过，未用待测液润洗
D．滴定到终点读数时发现滴定管尖嘴处悬挂一滴溶液．
8．写出下列反应的离子方程式．
（1）碳酸钡（BaCO3）和盐酸反应：BaCO3+2H+=Ba2++H2O+CO2↑．
（2）H2SO4溶液与Ba（OH）2溶液反应：2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O．
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5．写出下列离子方程式能表示的一个化学方程式：
（1）OH-+H+═H2ONaOH+HCl=NaCl+H2O
（2）Cu2++2OH-═Cu（OH）2CuSO4+2NaOH═Cu（OH）2↓+Na2SO4．
5．利用所学化学知识回答问题

Ⅰ、甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料．工业上利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H=？
②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-58kJ/mol
③CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41kJ/mol
回答下列问题：
（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：
化学键H-HC-OC
$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O		H-OC-H
E/（kJ•mol-1）4363431076465x
则x=413kJ/mol．
（2）若T℃时将6molCO2和8molH2充入2L密闭容器中发生反应②，测得H2的物质的量随时间变化如图1中状态Ⅰ（图1中实线）所示．图1中数据A（1，6）代表在1min时H2的物质的量是6mol．
①T℃时，状态Ⅰ条件下，平衡常数K=0.5；
②其他条件不变，仅改变温度时，测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅲ所示，则状态Ⅲ对应的温度＞（填“＞”“＜”或“=”）T℃；
③一定温度下，此反应在恒容容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态依据的是bc．
a． 2个C=O断裂的同时有2个H-O生成     b．容器中混合气体平均摩尔质量不变
c．v逆（H2）=3v正（CH3OH）               d．甲醇和水蒸气的体积比保持不变
Ⅱ、二氧化碳的回收利用是环保领域研究的热点课题．
（1）CO2经过催化氢化合成低碳烯烃．在2L恒容密闭容器中充入2moI CO2和nmol H2，在一定条件下发生反应：2C02（g）+6H2（g）?CH2=CH2（g）+4H20（g），△H=-128kJ/mol．CO2的转化率与温度、投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的关系如图2所示．
①X2＞  X1（填“＞”、“＜”或“=”）
②在500K时，若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，则v（H2）=0.225mol/（L．min）．
（2）以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能将CO2转化为低碳烯烃，工作原理图3如下，则左侧产生乙烯的电极反应式为2CO2+12e-+12H+=CH2=CH2+4H2O．
15．2SO2（g）+2O2（g）?2SO3（g）是生产硫酸的主要反应之一．下表是原料气按V（SO2）：V（O2）：V（N2）=7：11：82投料，在1.01×105Pa时，不同温度下SO2的平衡转化率．
温度/400500600
SO2转化率/%99.293.573.7
（1）该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）400℃，1.01×105Pa时，将含10 mol SO2的原料气通入一密闭容器中进行反应，平衡时SO2的物质的量是0.08mol．
（3）硫酸厂尾气（主要成分SO2、O2和N2）中低浓度SO2的吸收有很多方法．
①用氨水吸收上述尾气，若SO2与氨水恰好反应得到碱性的（NH4）2SO3溶液时，则有关该溶液的下列关系正确的是ac（填序号）．
a． c（NH4+）+c（NH3•H2O）=2[c（SO32-）+c（HSO3-）+c（H2SO3）]
b． c（NH4+）+c（H+）=c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-）
c． c（NH4+）＞c（SO32-）＞c（OH-）＞c（H+）
②用 MnO2与水的悬浊液吸收上述尾气并生产MnSO4．
a． 得到MnSO4的化学方程式是H2O+SO2=H2SO3、MnO2+H2SO3=MnSO4+H2O．
b．该吸收过程生成MnSO4时，溶液的pH变化趋势如图甲，SO2吸收率与溶液pH的关系如图乙． 图甲中pH变化是因为吸收中有部分SO2被氧气氧化转化为H2SO4，生成H2SO4反应的化学方程式是2SO2+O2+2H2O=2H2SO4；由图乙可知pH的降低不利于SO2的吸收（填“有利于”或“不利于”），用化学平衡移动原理解释其原因是溶液中存在SO2+H2O?H2SO3?H++HSO3-，当溶液中酸性增强，平衡向左移动，使SO2气体从体系中逸出．．
2．工业合成氨反应的化学方程式为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△=-92.3kJ/mol．一定温度下，向体积为2L的密闭容器中加入1mol N2和3mol H2，经2min后达到平衡，平衡时测得NH3的浓度为0.5mol/L．
（1）2min 内H2的反应速率v（H2）=0.375mol/（L•min）；
（2）充分反应并达到平衡时，放出的热量小于92.3kJ（填“大于”、“小于”或“等于”）．
原因是可逆反应最终为动态平衡，始终达不到最大放出热量．
（3）下列说法可证明反应达到平衡状态的C、D．
A．单位时间内，断开1mol N≡N，同时断开3mol H-H
B．单位时间内，形成1mol N≡N，同时形成3mol N-H
C．单位时间内，断开1mol N≡N，同时断开6mol N-H
D．单位时间内，形成1mol N≡N，同时断开3mol H-H
（4）氨的一个重要用途是用于制备火箭发射原料N2H4（肼），已知：火箭发射的原理是N2H4（肼）在NO2中燃烧，生成N2、水蒸气．根据如下反应：
N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H1=+67.7kJ/mol
N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）△H2=-534.0kJ/mol
写出在相同状态下，发射火箭反应的热化学方程式2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-947.6kJ•mol-1．
19．下面有关变化过程，不属于氧化还原反应的是（　　）
A．烧菜用过的铁锅，经放置常出现红棕色斑迹
B．用煤气灶燃烧天然气为炒菜提供热量
C．牛奶久置空气中变质腐败
D．向沸水中滴入FeCl3饱和溶液，适当加热，制备胶体
20．常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是（　　）
A．c（Fe3+）=0.1 mol•L-1的溶液中：K+、ClO-、SO42-、SCN-
B．$\frac{c（{H}^{+}）}{c（O{H}^{-}）}$=1012的溶液中：NH4+、Al3+、NO3-、Cl-
C．由水电离产生的c（OH-）=1×10-13mol/L的溶液中：Ca2+、K+、Cl-、HCO3-
D．pH=1的溶液中：Fe2+、NO3-、SO42-、Na+

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