题目内容
9．化学在能源开发与利用中起着重要的作用，如甲醇、乙醇、二甲醚（CH3OCH3）等都是新型燃料．（1）在Cu2O/ZnO做催化剂的条件下CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），将CO（g）和H2（g）充入容积为2L的密闭容器中合成CH3OH（g），反应过程中，CH3OH的物质的量（n）与时间（t）及温度的关系如图1．
根据题意回答下列问题：
①反应达到平衡时，平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
升高温度，K值减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②在500℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H2）=0.2mol•L-1•s-1．
③若其它条件不变，对处于Z点的体系，将体积压缩至原来的$\frac{1}{2}$，达到新的平衡后，下列有关该体系的说法正确的是bc．
a．氢气的浓度与原平衡比减少 b．正、逆反应速率都加快
c．甲醇的物质的量增加 d．重新平衡时$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
（2）催化剂存在的条件下，在固定容积的密闭容器中投入一定量的CO和H2，可制得乙醇（可逆反应）．该反应过程中能量变化如图2所示：
①写出CO和H2制备乙醇的热化学反应方程式2CO（g）+4H2（g）?CH3CH2OH（g）+H2O（g）△H=-E2kJ/mol．
②在一定温度下，向上述密闭容器中加入1mol CO、3mol H2及固体催化剂，使之反应．平衡时，反应产生的热量为Q kJ，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4mol CO、12mol H2及固体催化剂，平衡时，反应产生的热量为w kJ，则w的范围为4Q＜w＜2E2．
（3）二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效的优良性能．以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池原理相类似．该电池中负极上的电极反应式是CH3OCH3+16OH-12e-=2CO2-3+11H2O．
分析 （1）①根据平衡常数的概念，在300℃时，结合方程式CO（g）+2H2（g）=CH3OH写出平衡常数表达式；
②在500℃时，达平衡时CH3OH的平衡物质的量为0.5mol，可计算消耗氢气的物质的量，进而计算反应速率；
③缩小容器的体积相当于加压，然后根据压强对浓度、速率和化学平衡的影响来解答；
（2）①根据能量变化图判断反应物和生成物，及计算反应物与生成物的活化能差，由此该反应热化学方程式；
②在一定温度下，向上述密闭容器中加入1mol CO、3mol H2，平衡时，反应产生的热量为Q kJ小于$\frac{1}{2}$E2kJ，
该反应前后气体体积减小，增大压强平衡正向移动，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4mol CO、12mol H2平衡时，反应产生的热量为w kJ，如果4molCO完全反应放出的热量为2E2kJ，如果两种情况下CO转化率相同，则放出的热量为4Q，实际上4molCO反应时转化率大于1molCO，所以放出的热量大于4Q；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲醚在负极放电，碱性条件下生成碳酸根与水，据此写出负极电极反应式．
解答 解：（1）①根据平衡常数的概念，反应 CO（g）+2H2（g）=CH3OH平衡常数表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②在500℃，反应2S达到平衡，密闭的容器容积为2L，生成CH3OH的物质的量为0.4mol，v（CH3OH）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2s}$=0.1mol•L-1•s-1，根据速率之比等于系数比，则氢气的平均反应速率v（H2）=2v（CH3OH）=0.2mol•L-1•s-1．故答案为：0.2mol•L-1•S-1；
③其他条件不变时，将处于Z点的体系体积压缩到原来的一半，容器的体积减小，则压强增大，正逆反应速率都增大，平衡向正向移动，甲醇的物质的量n（CH3OH）增多，氢气的物质的量n（H2）减小，但由于体积减小的程度大，故平衡时氢气的浓度反而增大（符合勒夏特列原理），重新平衡时$\frac{n（CO）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小；
故答案为：bc；
（2）①该反应热化学方程式为2CO（g）+4H2（g）?CH3CH2OH（g）+H2O（g）△H=-E2kJ/mol，故答案为：2CO（g）+4H2（g）?CH3CH2OH（g）+H2O（g）△H=-E2kJ/mol；
②在一定温度下，向上述密闭容器中加入1mol CO、3mol H2，平衡时，反应产生的热量为Q kJ小于$\frac{1}{2}$E2kJ，
该反应前后气体体积减小，增大压强平衡正向移动，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4mol CO、12mol H2平衡时，反应产生的热量为w kJ，如果4molCO完全反应放出的热量为2E2kJ，如果两种情况下CO转化率相同，则放出的热量为4Q，实际上4molCO反应时转化率大于1molCO，所以放出的热量大于4Q，所以放出的热量4Q＜w＜2E2；故答案为：4Q＜w＜2E2；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲醚在负极放电，碱性条件下生成碳酸根与水，电极反应式为：CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O；
故答案为：CH3OCH3+16OH-12e-=2CO2-3+11H2O．
点评 本题考查较综合，涉及化学平衡的影响因素、化学平衡计算、反应热计算、原电池原理等知识点，侧重考查学生分析计算能力，明确化学平衡常数影响因素、原电池电极反应式的书写等知识点是解本题关键，注意：所有的平衡常数只与温度有关，与物质的物质的量多少及浓度无关，难点是电极反应式的书写，要结合电解质溶液酸碱性书写．
全能测控期末小状元系列答案| A． | 该混盐的水溶液呈碱性 | |
| B． | 该混盐具有较强的氧化性 | |
| C． | 该混盐中氯元素的化合价为零 | |
| D． | 该混盐与硫酸反应产生71gCl2时转移1mol 电子 |
下列说法正确的是（ ）
| A． | a=2 | |
| B． | x=18 | |
| C． | M的化学式为MgO | |
| D． | 该反应中Mg5Al3（OH）x（H2O）4既是氧化剂又是还原剂 |
| t/℃ | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1200 |
| K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$．
（2）该反应为吸热反应（选填吸热、放热）．
（3）某温度下，平衡浓度符合下式：c（CO2）•c（H2）=c（CO）•c（H2O），试判断此时的温度为900℃
（4）900℃时，在1L固定的密闭容器中，加入2mol CO2和1mol H2，反应进行一段时间后，测得CO的浓度为0.5mol/L，则此时该反应是否达到平衡状态否（填“是”或“否”），此时v（正）大于v（逆）（填“大于”“小于”或“等于”），达到平衡时CO2的转化率为33.3%．
（5）化学平衡移动原理同样也适用于溶液中的平衡，已知在氨水中存在下列平衡：
NH3+H2O?NH3•H2O?NH4++OH-
①向氨水中加入MgCl2固体时，平衡向右移动（填“左”或“右”），溶液中OH-的浓度B（填序号，下同），NH4+离子的浓度A．
A．变大B．变小C．不变
②向浓氨水中加入少量的NaOH固体，上述平衡向左移动（填“左”或“右”），溶液中OH-的浓度A（填序号，下同），NH4+离子的浓度B．
A．变大B．变小C．不变．
（1）煤的气化．用化学方程式表示出煤的气化的主要反应：C+H2O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H2．
（2）煤的液化．下表中有些反应是煤液化过程中的反应：
| 热化学方程式 | 平衡常数 | |
| 500℃ | 700℃ | |
| Ⅰ.2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）△H1=akJ•mol-1 | 2.5 | 0.2 |
| Ⅱ．H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）△H2=bkJ•mol-1 | 1.0 | 2.3 |
| Ⅲ.3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H3=ckJ•mol-1 | K3 | 4.6 |
②b＞0（填“＞”“＜”或“=”），c与a、b之间的定量关系为c=a+b．
③K3=2.5（填具体的数值），若反应Ⅲ是在500℃、容积为2L的密闭容器中进行的，测得某一时刻体系内H2、CO2、CH3OH、H2O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，则此时CH3OH的生成速率＞（填“＞”“＜”或“=”）CH3OH的消耗速率．
④对于反应Ⅲ在容器容积不变的情况下，下列措施可增加甲醇产率的是A、B．
A．升高温度
B．将CH3OH（g）从体系中分离
C．使用合适的催化剂
D．充入He，使体系总压强增大
（3）烯烃化阶段．如图1是某工厂烯烃化阶段产物中乙烯、丙烯的选择性与温度、压强之间的关系（选择性：指生成某物质的百分比．图中Ⅰ、Ⅱ表示乙烯，Ⅲ表示丙烯）．
①为尽可能多地获得乙烯，控制的生产条件为530℃，0.1Mpa．
②一定温度下某密闭容器中存在反应：2CH3OH（g）?CH2=CH2（g）+2H2O（g）△H＞0．在压强为p1时，产物水的物质的量与时间的关系如图2所示，若t0时刻，测得甲醇的体积分数为10%，此时甲醇乙烯化的转化率为85.7%（保留三位有效数字）；若在t1时刻将容器容积快速扩大到原来的2倍，请在图2中绘制出此变化发生后至反应达到新平衡时水的物质的量与时间的关系图．
【化学-选修2化学与技术】许多含碳、氢物质是重要的化工原料．
（1）某新型储氢合金（化学式为Mg17Al12）的储氢原理为Mg17Al12+17H2═17MgH2+12Al，此变化中还原产物是MgH2（填化学式）．
（2）草酸的钙盐、钡盐、镁盐难溶于水．已知C2O3是无色无味气体，可溶于水生成草酸（H2C2O4），写出它溶于足量Ba（OH）2溶液发生反应的化学方程式C2O3+Ba（OH）2=BaC2O4↓+H2O．
（3）已知：几个热化学方程式如下：
①H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1=-198kJ•mol-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）△H2
③CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H3=-846.3kJ•mol-1
| 化学键 | C≡O | O═O | C═O（CO2中） |
| 键能（kJ•mol-1） | 958.5 | 497 | 745 |
（4）向2L恒容密闭容器中充入3mol CH4（g）、4mol H2O（g），发生反应制备CO、H2，测得温度为t℃时，容器内H2的物质的量浓度（mol•L-1）随时间的变化如图中II曲线所示．图中I、III分别表示相对于II仅改变反应条件后，c（H2）随时间的变化．
①若曲线I仅代表改变一种条件后的情况，则改变的条件可能是升温；a、b两点用CO浓度变化表示的净反应速率关系为a＜b；
②曲线II对应反应的平衡常数K为54．该温度下，若将等物质的量浓度的CH4（g）、H2O（g）、CO（g）、H2（g）混合充入该容器中，则开始进行方向是无法确定（填：向左、向右、平衡或无法确定）．
③曲线III相对于曲线II改变的条件是B．
A．降低温度 B．使用催化剂、降低温度 C．加压．
（1）用CO2和氢气合成CH3OCH3（甲醚）是解决能源危机的研究方向之一．已知：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.7kJ•mol-1K1
2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ•mol-1K2
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ•mol-1K3
（1）则CO2和氢气合成CH3OCH3（g）的热化学方程式为2CO2（g）+6H2（g）=CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H=-122.5kJ/mol；
该反应的平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{{K}_{3}}^{2}}$（用K1、K2、K3表示）
（2）如图表示在密闭容器中反应：2SO2+O2?2SO3△H＜0达到平衡时，由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况，a→b过程中改变的条件可能是升高温度；b→c过程中改变的条件可能是将SO3从体系中分离出来．
（3）在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）+Y（g）═M（g）+N（g），所得实验数据如表：
| 实验 编号 | 温度/℃ | 起始时物质的量/mol | 平衡时物质的量/mol | |
| n（X） | n（Y） | n（M） | ||
| ① | 700 | 0.40 | 0.10 | 0.090 |
| ② | 800 | 0.10 | 0.40 | 0.080 |
| ③ | 800 | 0.20 | 0.30 | a |
| ④ | 900 | 0.10 | 0.15 | b |
已知A、B、C为中学常见的气体单质，甲、乙、丙、丁为常见的化合物，甲的水溶液呈碱性．它们之间有如图所示的转化关系（部分产物及反应条件已略去）
处理生活污水中的NH4+，过程如下：