题目内容

4．以天然气为原料合成甲醇常见的方法有水煤气法和目前正在开发的直接氧化法
（1）有关热化学方程式如下：
水煤气法：
CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ．mol-1
CO（g）+2H2?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ．mol-1
直接氧化法：
2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H3=-2511kJ．mol-1
（2）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H，在密闭容器中投人1mol CO2和2.75 mol H2在不同条件下发生反应，实验测得平平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示
①二氧化碳合成甲醇正反应的△H＜0（填“＞”“＜”或“=”，下同）．
②M、N两点时化学反应速：v（N）＜v（M）．
③为提高CO2的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是增大$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（CO{\;}_{2}）}$的值
④图中M点时，容器体积为10L，则N点对应的平衡常数K=1.04（填数值保留2位小数）
（3）一定条件下，向容积不变的某密闭容器中加人a mol CO2和b mol H2发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），欲使整个反应过程中CO2的体积分数为恒定值则a与b的关系是a=b．

分析 （1）已知：①CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ•mol-1，
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）△H2=-90.1kJ•mol-1，
③2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H3，
盖斯定律，可知①×2+②×2=③，故反应热也进行相应计算；
（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，结合图可知，P1＞P2，根据压强对反应速率的影响答题；
③在可逆反应中，增加一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率；
④图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，
       根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
起始（mol/L） 0.1      0.275      0         0
转化（mol/L）0.025     0.075     0.025     0.025  
平衡（mol/L） 0.075    0.2       0.025     0.025
根据K=$\frac{c（H{\;}_{2}O）c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{3}（H{\;}_{2}）c（CO{\;}_{2}）}$计算；
（3）设转化的二氧化碳的物质的量为x，
根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），
起始    a         b         0       0
转化    x        3x        x        x  
平衡  a-x        b-3x      x        x
则CO2的体积分数为$\frac{a-x}{a-x+b-3x+x+x}$=$\frac{a-x}{a+b-2x}$，据此讨论；

解答 解：（1）已知：①CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ•mol-1，
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）△H2=-90.1kJ•mol-1，
③2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H3，
盖斯定律，可知①×2+②×2=③，故△H3=2△H1+2△H2=2×（-35.4kJ•mol-1-90.1kJ•mol-1）=-251kJ•mol-1，
故答案为：251；
（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强P1＞P2，压强增大，反应速率也增大，所以v（N）＜v（M），
故答案为：＜；
③在可逆反应中，增加一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率，所以为提高CO2的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是增大$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（CO{\;}_{2}）}$的值，
故答案为：增大$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（CO{\;}_{2}）}$的值；
④图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，
       根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
起始（mol/L） 0.1      0.275      0         0
转化（mol/L）0.025     0.075     0.025     0.025  
平衡（mol/L） 0.075    0.2       0.025     0.025
K=$\frac{c（H{\;}_{2}O）c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{3}（H{\;}_{2}）c（CO{\;}_{2}）}$=$\frac{0.025×0.025}{0．{2}^{3}×0.075}$=1.04，
故答案为：1.04；
（3）设转化的二氧化碳的物质的量为x，
根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），
起始    a         b         0       0
转化    x        3x        x        x  
平衡  a-x        b-3x      x        x
则CO2的体积分数为$\frac{a-x}{a-x+b-3x+x+x}$=$\frac{a-x}{a+b-2x}$，要使$\frac{a-x}{a+b-2x}$为恒定的值，则a=b，
故答案为：a=b．

点评 本题属于拼合型题目，涉及原电池、反应热计算、化学平衡常数、化学平衡影响因素、有机物推断等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．

练习册系列答案
相关题目
16．化学方程式正确的是（　　）
A．CH3CH═CH2+Br2（水溶液）-→CH2BrCH═CH2+HBr
B．nCH3CH═CH2$\stackrel{一定条件下}{→}$[CH3-CH-CH2]n
C．CH2═CH-CH═CH2+Br2-→CH2Br2-CH═CH-CH3
D．CH3CH2OH$\stackrel{浓H_{2}SO_{4}}{→}$CH2═CH2↑+H2O
17．双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂，其化学式为NaAl（OH）2CO3．关于该物质的说法正确的是（　　）
A．该物质属于氢氧化物
B．该物质的摩尔质量是160g•mol-1
C．该物质的碱性不强
D．将1molNaAl（OH）2CO3溶于足量1mol•L-1HCl中时，共收集到2.5molCO2
14．在A装置中用4.35gMnO2与50mL12mol/L的足量浓盐酸反应制Cl2，当MnO2完全反应后，再向反应后的溶液中加入过量的AgNO3溶液，假设整个过程中产生的Cl2全部排出并且无氯化氢气体挥发出来，请计算生成AgCl沉淀的质量．（写出计算过程）
1．合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3．
（1）某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为4：5，其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为2：1．
（2）电子工业中常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板．
①用FeO、Fe2O3和稀盐酸、氯气制取FeCl3溶液的离子方程式为FeO+2H+=Fe2++H2O；2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，检验溶液中Fe3+存在的试剂是KSCN溶液．
②写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的离子方程式：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，当转移电子数为6.02×1024时，铜被氧化的质量为320g．
9．“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2，引起了全世界的普遍重视．所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题．
（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：
5 C+4 KMnO4+6 H2SO4→5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；
（2）将不同量的CO（g）和H2O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），得到如下三组数据：
实验组温度℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/min
COH2OH2CO
1650421.62.46
2900210.41.63
3900abcdt
①实验1条件下平衡常数K=2.67（取小数二位，下同）；
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值＜1 （填具体值或取值范围）；
③实验4，若900℃时，在此容器中加入10molCO，5molH2O，2molCO2，5molH2，则此时V正＜V逆（填“＜”、“＞”或“=”）．
16．火箭升空使用肼（N2H4）作为燃料，N2O4为氧化剂．
（1）已知：N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+67.7kJ•mol-1
N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=-534.0kJ•mol-1
2NO2（g）?N2O4（g）△H=-52.7kJ•mol-1，气态肼在N2O4中燃烧生成氮气和水蒸气的热化学方程式为
2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-1083.0kJ•mol-1．
（2）工业上可用次氯酸钠与过量的氨反应制备肼，该反应的化学方程式为NaClO+2NH3=NaCl+N2H4+H2O．
（3）一定条件下，向2L密闭容器中充入3.2mol NH3和4.4mol O2，发生反应：4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）△H＜0．测得平衡时数据如表所示：


物质
物质的量/mol
温度/℃		NOH2O
T11.62.4
T21.21.8
①T1℃时，若经过10min反应达到平衡，则10min内反应的平均速率v（NH3）=0.08mol•L-1•min-1，该反应的化学平衡常数K=1.2．
②T1＜ T2 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③下列措施中，既能提高NH3的转化率，又能加快反应速率的是d（填选项字母）．
a．升高温度  b．降低温度  c．扩大容器体积  d．体积不变的条件下再充入一定量O2
（4）在载人航天器的生态系统中，可利用电化学装置发生反应“2CO2═2CO+O2”分解除去CO2并提供充足的O2．已知该反应的阳极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑，则阴极反应式为2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-．有人提出，可以设计反应“2CO（g）=2C（s）+O2（g）△H＞0”来消除CO的污染，请判断上述设计是否合理否（填“是”或“否”），理由是该反应为△H＞0、△S＜0的反应，不能自发进行．
13．甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整．向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：
反应过程化学方程式焓变△H（kJ/mol）活化能Ea（kJ/mol）
甲烷氧化CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）-802.6125.6
CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g）-322.0172.5
蒸汽重整CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）206.2240.1
CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）165.0243.9
回答下列问题：
（1）反应CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）的△H=-41.2kJ•mol-1．
（2）在初始阶段，甲烷蒸气重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度（cB）也可表示平衡常数（记作Kp），则反应CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）的Kp=$\frac{{p}^{3}（{H}_{2}）×p（CO）}{p（C{H}_{4}）×p（{H}_{2}O）}$； 随着温度的升高，该平衡常数增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量．
（5）在某一给定进料比的情况下，温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图：

①若要达到H2物质的量分数＞65%、CO物质的量分数＜10%，以下条件中最合适的是B．
A.600℃，0.9MPa     B.700℃，0.9Mpa
C.800℃，1.5MPa     D.1 000℃，1.5MPa
②画出600℃，0.1MPa条件下，系统中H2物质的量分数随反应时间（从常温进料开始计时）的变化趋势示意图：

（6）如果进料中氧气量过大，最终导致H2物质的量分数降低，原因是导致生成的氢气和氧气反应．
14．取50.0mLNa2CO3加入过量BaCl2溶液后，得到沉淀9.85g，将沉淀用过量稀HNO3处理后有气体放出．试计算：
（1）原溶液中Na2CO3的物质的量；
（2）产生气体的体积（标准状况下）．

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