题目内容

14．运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义．
（1）已知反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-99kJ•mol-1中的相关化学键能如表：
化学键H-HC-OC≡OH-OC-H
E/（kJ•mol-1）436343x465413
则x=1076．
（2）甲醇作为一种重要的化工原料，既可以作为燃料，还可用于合成其它化工原料．在一定条件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应原理可表示为：CH3OH（g）+CO（g）?HCOOCH3（g）△H=-29.1kJ•mol-1．向体积为2L的密闭容器中充入2mol CH3OH（g） 和2mol CO，测得容器内的压强（p：kPa）随时间（min）的变化关系如图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是使用催化剂．
②反应Ⅰ在5min时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v（HCOOCH3）=0.10mol•L-1•min-1．
③反应Ⅱ在2min时达到平衡，平衡常数K（Ⅱ）=2L•mol-1．在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后v（正）＜ v（逆） （填“＞”“＜”“﹦”），原因是浓度商Qc=$\frac{1.5}{0.5•1}$=3＞2=K反应向逆方向进行，故v（正）＜v（逆）．
④比较反应Ⅰ的温度（T1）和反应Ⅲ的温度（T3）的高低：T1＞T3（填“＞”“＜”“﹦”），判断的理由是此反应为放热反应，降温，平衡向正向进行（或反应Ⅰ达平衡时所需的时间比反应Ⅲ达平衡时所需的时间短，反应速率快，故T1温度更高）．
（3）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层．科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2．某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如图2所示，利用以下反应填空：
NO+CO?N2+CO2（有CO）  2NO?N2+O2（无CO）
①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为此反应为放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行．
②在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，应控制最佳温度在870℃左右．

分析 （1）依据化学反应的焓变=反应物总键能-生成物总键能；
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比，反应速率加快，但化学平衡状态一样，应为加催化剂；
②设生成HCOOCH3的物质的量为x，根据同温同体积，气体的压强之比=物质的量之比计算x，再有v=$\frac{△c}{△t}$计算；
③根据化学平衡常数概念计算K；再计算在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后的Qc，与K比较可得；
④根据温度对化学平衡常数的影响结合反应热可得；
（3）①此反应为放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行
②由图可知，$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1，870℃左右，NO转化为N2的转化率最大．

解答 解：（1））△H=436×2+x-3×413-343-465=-99kJ•mol-1，解得x=1076；
故答案为：1076；
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比，达到平衡所用时间较短，反应速率加快，但化学平衡状态一样，应为加催化剂；
故答案为：使用催化剂；
②向体积为2L的密闭容器中充入2mol CH3OH（g） 和2mol CO，反应Ⅰ在5min时达到平衡，设生成HCOOCH3的物质的量为x，由三段式：
       CH3OH（g）+CO（g）?HCOOCH3（g）
n始：2                      2               0
n转：x                      x              x
n平：2-x                  2-x           x
同温同体积，气体的压强之比=物质的量之比，则$\frac{4}{2-x+2-x+x}=\frac{4}{3}$，解得x=1，则v（HCOOCH3）=$\frac{1mol÷2L}{5min}$=0.10 mol•L-1•min-1；
故答案为：0.10 mol•L-1•min-1；
③反应Ⅱ与反应Ⅰ的平衡状态相同，故K=$\frac{1mol÷2L}{（1mol÷2L）•（1mol÷2L）}$=2 L•mol-1；再往容器中加入1mol CO和2mol HCOOCH3后，此时浓度商Qc=$\frac{3mol÷2L}{（1mol÷2L）（2mol÷2L）}$）=3＞2=K，反应向逆方向进行，故v（正）＜v（逆）；
故答案为：2 L•mol-1；＜；浓度商Qc=$\frac{1.5}{0.5•1}$=3＞2=K 反应向逆方向进行，故v（正）＜v（逆）；
④此反应为放热反应，降温，平衡向正向进行；
故答案为：＞；此反应为放热反应，降温，平衡向正向进行（或反应Ⅰ达平衡时所需的时间比反应Ⅲ达平衡时所需的时间短，反应速率快，故T1温度更高）；
（3）①此反应为放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行，NO的分解率降低；
故答案为：此反应为放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；
②由图可知，$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1，870℃左右，NO转化为N2的转化率最大（或850℃～900℃之间都可以）；
故答案为：870℃（或850℃～900℃之间都可以）．

点评 本题考查键能与反应热的关系、化学平衡的有关计算、影响化学平衡的因素、图象的分析判断，注意基础知识的掌握，对图象的准备分析，题目难度中等．

练习册系列答案
相关题目
11．化合物F是一种重要的有机合成中间体，它的合成路线如图：

（1）化合物F中含氧官能团的名称是羰基 和醛基．
（2）通过实验可证明A物质具有极弱的酸性，写出有关的化学方程式．
（3）化合物B的结构简式为，A到B的反应类型为加成反应．
（4）某化合物是D的同分异构体，且分子中只有三种不同化学环境的氢．写出该化合物的结构简式（任写一种）．
（5）请根据已有知识并结合相关信息，写出以苯酚（）和CH2=CH2为原料制备有机物 的合成路线流程图（无机试剂任用）．
合成路线流程图示例如下：CH3CH2OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH2=CH2$\stackrel{Br_{2}}{→}$Br-CH2CH2-Br．

给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是（ ）
2．我国产铜主要取自黄铜矿（CuFeS2），随着矿石品味的降低和环保要求的提高，湿法炼铜的优势日益突出．该工艺的核心是黄铜矿的浸出，目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三种方法．
Ⅰ．氧化浸出
（1）在硫酸介质中用双氧水将黄铜矿氧化，测得有SO42-生成．
①该反应的离子方程式为2CuFeS2+17H2O2+2H+=2Cu2++2Fe3++4SO42-+18H2O．
②该反应在25-50℃下进行，实际生产中双氧水的消耗量要远远高于理论值，试分析其原因为H2O2受热分解，产物Cu2+、Fe3+催化H2O2分解等．．
Ⅱ、配位浸出
反应原理为：CuFeS2+NH3•H2O+O2+OH-→Cu（NH3）42++SO42-+H2O（未配平）
（2）为提高黄铜矿的浸出率，可采取的措施有提高氨水的浓度、提高氧压（至少写出两点）．
（3）为稳定浸出液的pH，生产中需要向氨水中添加NH4C1，构成NH3．H2O-NH4Cl缓冲溶液．某小组在实验室对该缓冲体系进行了研究：25℃时，向amol．L-l的氨水中缓慢加入等体积0.02mol．L-l的NH4Cl溶液，平衡时溶液呈中性．则NH3•H2O的电离常数Kb=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$（用含a的代数式表示）；滴加NH4Cl溶液的过程中水的电离
平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．
Ⅲ，生物浸出
在反应釜中加入黄铜矿、硫酸铁、硫酸和微生物，并鼓入空气，黄铜矿逐渐溶解，反应釜中各物质的转化关系如图所示．
（4）在微生物的作用下，可以循环使用的物质有Fe2（SO4）3、H2SO4（填化学式），微生物参与的离子反应方程式为4Fe2++O2+4H+$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe3++2H2O或S8+12O2+8H2O$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$8SO42-+16H+（任写一个）．
（5）假如黄铜矿中的铁元素最终全部转化为Fe3+，当有2mol SO42-生成时，理论上消耗O2的物质的量为4.25mol．
9．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．
（1）在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol，其平衡常数K与温度T的关系如下表：
T/K298398498
平衡常数K4.1×106K1K2
①试判断K1＞ K2（填写“＞”“=”或“＜”）．
②如果合成氨反应的方程式写为$\frac{1}{2}$N2（g）+$\frac{3}{2}$H2（g）?NH3（g），其平衡常数为K’，则K’与K的关系为D（填字母）
A．K′=K   B．K′=2K   C．K′=$\frac{1}{2}$K  D．K′=$\sqrt{k}$（2）下列各项能说明合成氨反应已达到平衡状态的是ce（填字母）（反应是在固定体积的密闭容器中进行的）
a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2    b．v（N2）（正）=3v（H2）（逆）
c．容器内压强保持不变                        d．混合气体的密度保持不变
e．混合气体的平均摩尔质量不变
（3）将0.3mol N2和0.5mol H2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得容器内气体压强变为原来的$\frac{7}{8}$，此时H2的转化率为30%；欲提高该容器中H2的转化率，下列措施可行的是AD（填选项字母）．
A．向容器中按原比例再充入原料气         B．向容器中再充入一定量H2
C．改变反应的催化剂                     D．液化生成物分离出氨
（4）盐酸肼（N2H6Cl2）是一种重要的化工原料，属于离子化合物，易溶于水，溶液呈酸性，水解原理与NH4Cl类似．
①写出盐酸肼第一步水解反应的离子方程式N2H62++H2O═[N2H5•H2O]++H+；
②盐酸肼水溶液中离子浓度的排列顺序正确的是A（填序号）．
A．c（Cl-）＞c（N2H62+）＞c（H+）＞c（OH-）    
B．c（Cl-）＞c（[N2H5•H2O+]）＞c（H+）＞c（OH-）
C．2c（N2H62+）+c（[N2H5•H2O]+）+c（H+）=c（H+）+c（OH-）
D．c（N2H62+）＞c（Cl-）＞c（H+）＞c（OH-）
19．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，同温度下涉及如下反应：
a、2NO（g）+Cl2（g）?2ClNO（g）△H1＜0       其平衡常数为K1
b、2NO2（g）+NaCl（s）?NaNO3（s）+ClNO（g）△H2＜0 其平衡常数为K2
（1）4NO2（g）+2NaCl（s）?2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）△H3的平衡常数K=$\frac{{{K}^{2}}_{2}}{{K}_{1}}$（用K1、K2表示）．△H3=2H2-△H1（用△H1、△H2表示）．
（2）为研究不同条件对反应a的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2，10min时反应a达到平衡．测得10min内V（ClNO）=7.5×10-3mol•L-1•min-1，则平衡后n（Cl2）=0.025mol，NO的转化率α1=75%．其它条件保持不变，反应（1）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率为α2，α1＜α2（填“＞”“＜”或“=”），平衡常数K1不变（填“增大”“减小”或“不变”）．若要使K1减小，可采用的措施是升高温度．
6．清洁能源具有广阔的开发和应用前景，可减少污染解决雾霾问题，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．
Ⅰ、一定条件下用CO和H2合成CH3OH：CO（g）+2H2 （g）?CH3OH（g）△H=-105kJ•mol-1．向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H2，测得不同温度下容器内的压强（P：kPa）随时间（min）的变化关系如图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

（1）Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是Ⅱ中使用催化剂．
（2）反应Ⅰ在6min时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v（CH3OH）=0.125 mol/（L．min）．
（3）反应Ⅱ在2min时达到平衡，平衡常数K（Ⅱ）=12．
（4）比较反应Ⅰ的温度（T1）和反应Ⅲ的温度（T3）的高低：T1＞T3（填“＞”“＜”“=”），判断的理由是此反应为放热反应，降低温度，反应速率减慢，平衡向正反应方向移动．
Ⅱ、甲烷和甲醇可以做燃料电池，具有广阔的开发和应用前景，回答下列问题
（5）甲醇燃料电池（简称DMFC）由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．DMFC工作原理如图2所示：通入a气体的电极是原电池的负极（填
“正”或“负”），其电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+．
（6）某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图3所示U形管中氯化钠溶液的体积为800ml．闭合K后，若每个电池甲烷用量均为0.224L（标况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为7.72×103C（法拉第常数F=9.65×104C/mol），若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后U形管中溶液的pH为13．
3．普通玻璃是以CaCO3、Na2CO3和SiO2（填化学式）为原料，熔化在一起得到的物质，写出高温条件下生成玻璃的两个主要反应：
（1）Na2CO3+SiO2═Na2SiO3+CO2↑；
（2）CaCO3+SiO2 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO3+CO2↑．
4．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是（　　）
A．HCl（aq）+NaOH （aq）═NaCl （aq）+H2O （l）△H＜0
B．2CH3OH （l）+3O2 （g）═2CO2 （g）+4H2O （l）△H＜0
C．2FeCl3（aq）+Fe（s）═3FeCl3（aq）△H＜0
D．2H2（g）+O2（g）═2H2O （l）△H＜0

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