题目内容

4．焦炭与CO、H2均是重要的能源，也是重要的化工原料．
（1）已知C、H2、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ•mol-1、-285.8kJ•mo
l-1、-283kJ•mol-1，又知水的气化热为+44kJ/mol．
①焦炭与水蒸气反应生成CO、H2的热化学方程式为C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol
②若将足量焦炭与2mol水蒸气充分反应，当吸收能量为191.7kJ时，则此时H2O（g）的转化率为73%．
（2）将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g），其中H2O、CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示．
①第一个平衡时段的平衡常数是0.017，（保留2位有效数字），若反应进行到2min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为升温（填“升温”或“降温”）．
②反应至5min时，若也只改变了某一个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的b．
A．增加了C    B．增加了水蒸气    C．降低了温度    D．增加了压强
（3）假设（2）中反应在第2min时，将容器容积压缩至1L，请在上图中绘制出能反映H2O、CO物质的量变化趋势的图象．
（4）若以CO、O2、K2CO3等构成的熔融盐电池为动力，电解400mL饱和食盐水，则负极上的电极反应式为CO+CO32--2e-=2CO2，当有5.6g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH=14（忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其它损耗）．

分析 （1）①由C、H2、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ•mol-1、-285.8kJ•mol-1、-283kJ•mol-1，以及水的气化热为+44kJ/mol，可得①C（s）+O2（g）═CO2（g），△H=-393.5 kJ/mol；②H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（l），△H=-285.8kJ/mol；③CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g），△H=-283.0kJ•mol-1；④H2O（g）=H2O（l），△H=-44kJ/mol；根据盖斯定律，将①+④-②-③可得碳与水蒸气反应的热化学方程式；
②根据热化学方程式以及反应中放出的热量计算参加反应的水蒸气，再根据转化率=$\frac{已转化的物质的量}{起始总物质的量}$×100%计算；
（2）①根据图象可知，在第一个平衡时段的CO的物质的量为0.2mol，则此时生成的H2也是0.2mol，反应体系中水的物质的量为1.2mol，可得知物质的平衡浓度，再根据K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$计算，反应进行至2min时，根据图象知，相同时间内，水和一氧化碳的物质的量变化量大于0-1min内，说明反应速率增大，根据温度对反应速率、化学平衡的移动的影响分析；
②反应至第5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，说明改变的量是水的物质的量；
（3）将容器容积压缩至1L，压强增大，反应速率变大且平衡逆向移动，H2O的物质的量在原来的基础上会增大、CO物质的量在原来的基础上会减小；
（4）该燃料电池中，通入CO的电极为负极，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，通入O2的电极为正极，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，根据电子得失守恒计算电解食盐水中产生的氢氧根离子的物质的量，进而确定pH值，据此答题．

解答 解：（1）①由C、H2、CO的燃烧热（△H）分别为-393.5kJ•mol-1、-285.8kJ•mol-1、-283kJ•mol-1，以及水的气化热为+44kJ/mol，可得①C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5 kJ/mol；②H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（l）△H=-285.8kJ/mol；③CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1；④H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol，根据盖斯定律，将①+④-②-③可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案为：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ/mol；
②根据热化学方程式C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），△H=+131.3kJ/mol，当吸收能量为191.7kJ时，参加反应的水蒸气的物质的量为$\frac{191.7kJ}{131.3kJ/mol}$=1.46mol，所以水的转化率=$\frac{1.46}{2}$×100%=73%，
故答案为：73%；
（2）①根据图象可知，在第一个平衡时段的CO的物质的量为0.2mol，则此时生成的H2也是0.2mol，反应体系中水的物质的量为1.2mol，容积为2L，所以此时CO的平衡浓度为0.1mol/L，H2的平衡浓度为0.1mol/L，H2O的平衡浓度为0.6mol/L，则K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.1×0.1}{0.6}$=0.017，
应进行至2min时，根据图象知，相同时间内，水和一氧化碳的物质的量变化量大于0-1min内，说明反应速率增大，水蒸气的物质的量减少，一氧化碳的物质的量增加，说明平衡向正反应方向移动，而该反应为吸热反应，则该改变的条件只能是升高温度，
故答案为：0.017；升温； 
②反应至第5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，说明改变的量是增加水的物质的量，随反应进行水蒸气减小，一氧化碳增大，平衡正向进行；
a、增加了C是固体，不影响化学平衡，故a错误；
b、增加了水蒸气，5min时，CO的物质的量不变，水的物质的量增大，故b正确；
c、反应是吸热反应，降低了温度平衡逆向进行，图象不符合，故c错误；
d、增加了压强，平衡逆向进行，不符合图象变化，故d错误；
故答案为：b；
（3）将容器容积压缩至1L，压强增大，反应速率变大且平衡逆向移动，H2O的物质的量在原来的基础上会增大、CO物质的量在原来的基础上会减小，所以H2O、CO物质的量变化趋势的图象为，故答案为：；
（4）该燃料电池中，通入CO的电极为负极，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，负极反应式为CO+CO32--2e-=2CO2，当有5.6g（即0.2mol）CO被消耗时，电路中流过的电子的物质的量为0.4mol，根据电解方程式2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑～2e-可知，电解池中产生的氢氧化钠的物质的量为0.4mol，所以氢氧化钠的浓度为$\frac{0.4}{0.4}$mol/L=1mol/L，所以溶液的pH=14，
故答案为：CO+CO32--2e-=2CO2；14．

点评 本题考查了热化学方程式、影响化学反应速率和化学平衡移动的因素、电极反应式的书写、电解池的计算等知识点，明确盖斯定律和化学平衡移动原理及电子得失守恒是解题目的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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18．证明苯分子中不存在单双键交替的理由是（　　）
A．苯的邻位二元取代物只有一种B．苯的间位二元取代物只有一种
C．苯的对位二元取代物只有一种D．苯的邻位二元取代物有二种
19．在2L密闭容器内，80℃时反应：2NO（g）+O2（g）?2NO2（g），反应体系中，n（NO）随时间t的变化如表
时间t（s）012345
n（NO）（mol）0.0200.0100.0080.0070.0070.007
（1）上述反应在第5s时，NO的转化率为65%．
（2）如图1表示NO2变化曲线的是b．（填字母）．

（3）能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是c．
a．及时分离出NO2气体      b．适当升高温度
c．增大O2的浓度               d．选择高效催化剂
e．等温等容时，充入氦气     f．等温等压时充入氦气
（4）若将2mol NO和1mol O2充入两个密闭容器中，保持一定温度进行反应：2NO（g）+O2（g）?2NO2（g），在恒压条件下达到平衡时生成amol NO2，在恒容条件下达到平衡时生成bmol NO2，则a、b的关系是：a＞b
（5）某化学小组构想将汽车尾气（NO、NO2）转化为重要的化工原料HNO3，其原理如下图2所示，其中A、B为多孔材料．下列说法正确的是D
A．电解质溶液中电流的方向由B到A，电子的流向与之相反
B．该电池工作时，每转移4mol电子，消耗22.4L O2
C．电极B附近的c（NO3-）增大
D．电极A表面反应之一为NO-3e-+2H2O═NO3-+4H+．
12．在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）（△H＜0）
（1）写出该反应的化学平衡常数表达式 K=$\frac{{c{{（S{O_3}）}^2}}}{{c（S{O_2}）•c（{O_2}）}}$．
（2）降低温度，该反应K值增大（填增大、减小或不变）．
（3）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图所示，反应处于平衡状态的时间有15-20min和25-30min．
（4）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是增加了氧气的浓度（或通入氧气）（用文字表达）；
（5）10min到15min的曲线变化的原因可能是CD（填写编号）．
A．降低温度          B．增加SO3的物质的量
C．加了催化剂         D．缩小容器体积．
19．在2L容器中有3种物质进行反应，X、Y、Z的物质的量随时间的变化曲线如图所示，反应在t时刻达到平衡．
（1）该反应的化学方程式是2X?3Y+Z
（2）根据化学反应2A（g）+5B （g）?4C（g），填写下表中的空白
ABC
反应开始时浓度（mol/L）4.80
2min后的浓度（mol/L）1.20.8
2min内的浓度的变化（mol/L）0.4
化学学反应速率[mol/（L•min）]0.5
9．能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义．
（1）氧化-还原法消除氮氧化物的转化：NO$→_{反应Ⅰ}^{O_{3}}$NO2$→_{反应Ⅱ}^{CO（NH_{2}）_{2}}$N2
反应Ⅰ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．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=-113.0 kJ•mol-1．
（3）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：2CO2（g）+6H2（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH3OCH3（g）+3H2（g）；该反应平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$．已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图1所示．该反应的△H小于（填“大于”、“小于”或“等于”）0．

（4）合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H＜0．在容积均为V L的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入a molCO和2a molH2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图2所示，此时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是Ⅲ；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是T1．
（5）某N2H4（肼或联氨）燃料电池（产生稳定、无污染的物质）原理如图3所示．

①M区发生的电极反应式为N2H4-4e-=N2↑+4H+．
②用上述电池做电源，用图4装置电解饱和氯化钾溶液（电极均为惰性电极），设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N2H4的质量为0.5g（假设溶液电解前后体积不变）．
16．汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等．研究汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好的治理汽车尾气提供技术支持．
请回答下列问题：
（1）活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO．在1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如表：
活性炭/molNO/molA/molB/molρ/Mpa
200℃2.0000.04000.03000.03003.93
335℃2.0050.05000.02500.0250ρ
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式C+2NO?N2+CO2并判断p＞3.93MPa（用“＞”、“＜“或“=”填空）．计算反应体系在200℃时的平衡常数Kp=$\frac{9}{16}$（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数）．
（2）汽车尾气中的SO2可用石灰水来吸收，生成亚硫酸钙浊液．常温下，测得某纯CaSO3与水形成的浊液pH为9，已知Ka1（H2SO3）=1.8×10-2，Ka2（H2SO3）=6.0×10-9，忽略SO32-的第二步水解，则Ksp（CaSO3）=4.2×10-9．
（3）尾气中的碳氢化合物含有甲烷，其在排气管的催化转化器中可发生如下反应CH4（g）+H2O（1）═CO（g）+3H2 （g）△H=+250.1kJ/mol．已知CO（g）、H2 （g）的燃烧热依次为283.0kJ/mol、285.8kJ/mol，请写出表示甲烷燃烧热的热化学方程式CH4（g）+2O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3KJ/mol．以CH4（g）为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，其负极电极反应式为CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，已知该电池的能量转换效率为86.4%，则该电池的比能量为13.3kW•h•kg-1（结果保留1位小数，比能量=$\frac{电池输出电能（kW•h）}{燃料质量（kg）}$，lkW•h=3.6×106J）．
13．在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-Q kJ•mol-1（Q＞0），某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是（　　）
A．图Ⅰ研究的是t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较低
C．图Ⅲ研究的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高
D．图Ⅱ研究的是t0时刻加入催化剂后对反应速率的影响
14．若1g CO2中含有x个原子，则阿伏加德罗常数可表示为（　　）
A．$\frac{1}{44}$  mol-1B．$\frac{x}{22}$ mol-1C．$\frac{3x}{44}$ mol-1D．$\frac{44x}{3}$ mol-1

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