题目内容

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用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，并在方框内填上系数。
□C+□KMnO4+□H2SO4 =□CO2↑+□MnSO4 +□K2SO4+□        
（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），得到如下二组数据：

实验组
温度℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
CO
H2O
H2
CO
1
650
4
2
1．6
2．4
6
2
900
2
1
0．4
1．6
3
 
①实验1条件下，反应从开始至达到平衡，以v(CO2)表示的平均反应速率为          （保留小数点后二位数，下同）。
②实验2条件下平衡常数K=____  _____，该反应为          （填“吸热”或“放热”）反应。
（3）已知在常温常压下：
① 2CH3OH(l) +3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH1＝－1275.6 kJ／mol
② 2CO (g)+ O2(g)＝2CO2(g)   ΔH2＝－566.0 kJ／mol 
③ H2O(g)＝H2O(l)  ΔH3＝－44.0 kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：                                     。
（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置。

①该电池正极的电极反应式为：                       ；
②该电池工作时，溶液中的OH－向______（填“正”或“负”）极移动。

（16分）
（1）5 C+4KMnO4 +6 H2SO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O（3分，物质1分，配平2分）
（2）①0.13mol/(L·min) (2分)  ②0.17（2分）； 放热（2分）
（3）2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(g)  ΔH=—709.6kJ/mol或CH3OH（l）+O2（g）= CO（g）+2H2O（g）ΔH=—354.8kJ/mol（3分）
（4）①O2 + 4e－+ 2 H2O = 4OH－（2分）　　　②负（2分）

解析试题分析：（1）观察化学方程式，先找变价元素，再根据化合价变化，用最小公倍数法先配氧化剂和还原剂的系数，最后用观察法配平各物质的系数；碳元素由0价升为+4价，锰元素由+7价降为+2价，二者升降数分别为4、5，则最小公倍数为20，所以该反应为5C+4KMnO4 +6H2SO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；（2）①读表中信息，先由定义式求v(CO)，再由系数比求v(CO2)，即v(CO)==== 0.13mol/(L·min)（保留两位有效数字），由于=，则v(CO2)=v(CO)=0.13mol/(L·min)；②表中实验2有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，由于c=n/V，则：
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度（mol/L）       1    0.5           0     0
变化浓度（mol/L）      0.2    0.2          0.2    0.2
平衡浓度（mol/L）      0.8    0.3          0.2    0.2
K===0.17
若用表中实验1有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，由于c=n/V，则：
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度（mol/L）       2     1           0     0
变化浓度（mol/L）      0.8    0.8          0.8    0.8
平衡浓度（mol/L）      1.2    0.2          0.8    0.8
K`===2.67
650℃→900℃，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；平衡常数由2.67减少为0.17，说明平衡向逆反应方向移动，则逆反应是吸热反应，所以正反应是放热反应；
（3）观察3个热化学方程式，发现①—②可以约去2CO2(g)，根据盖斯定律，则2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(g)  ΔH=—709.6kJ/mol，若系数减半，则CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)  ΔH=—354.8kJ/mol；（4）①甲烷燃料电池的正极反应物是氧气，由于KOH溶液显碱性，根据电子、电荷、原子守恒原理，则正极反应式为O2+4e－+ H2O=4OH－；②电子带负电，电极材料本身不带电，负极流出电子带正电，因此溶液中带负电的氢氧根离子移向负极；而正极流入电子带负电，因此溶液中带正电的阳离子移向正极。
考点：考查化学反应原理，涉及氧化还原反应反应方程式的配平、平均反应速率的计算、化学平衡常数的计算与比较、温度对平衡移动的影响规律的应用、放热反应和吸热反应、盖斯定律、燃料电池的正极反应式、离子定向移动规律的应用等。

练习册系列答案
相关题目

[15分]甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。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)
－802.6
125.6
CH4(g)＋O2(g)CO2(g)＋2H2(g)
－322.0
172.5
蒸汽重整
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
206.2
240.1
CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)
165.0
243.9
回答下列问题：
（1）反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的△H=        kJ/mol。
（2）在初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率    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)也可以平衡常数（记作KP），则反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的KP＝                         ；
随着温度的升高，该平衡常数           （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）从能量阶段分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于                           。
（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的物质的量分数<10%，以下条件中最合适的是  。
A．600℃，0.9Mpa    B．700℃，0.9MPa    C．800℃，1.5Mpa    D．1000℃，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（从常温进料开始即时）
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              。

在2L容器中3种物质间进行反应，X、Y、Z的物质的量随时间的变化曲线如图。反应在t­时到达平衡，依图所示：

①该反应的化学方程式是　        。
②反应起始至t，Y的平均反应速率是         。

（1）将不同量的CO（g）和H2O（g）分别通入体积2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），得到如下两组数据：

实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
CO
H2O
H2
CO
1
650
4
2
1.6
2.4
6
2
900
2
1
0.4
1.6
3
 
①实验1中以v(CO2)表示的平均反应速率为        （第二位小数）。
②该反应为      （填“吸热”或“放热”）反应。
③求实验2的平常常数K，要求写出计算过程，结果取二位小数。
（2）已知在常温常压下：

写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式                         。
（3）甲醇和氧气完全燃烧的反应可以设计为燃料电池，装置如图，该电池通过K2CO3溶液吸收反应生的CO2。则负极的电极反应为              。

（4）CaCO3的KSP=2.8×10¯9。将等体积CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2×10¯4mol/L，则生成沉淀所需该CaCl2溶液的最小浓度为        。

已知：将KI、盐酸、试剂X和淀粉四种溶液混合，无反应发生。若再加入双氧水，将发生反应：H2O2+2H++2I—→2H2O+I2，且生成的I2立即与试剂X反应而被消耗。一段时间后，试剂X将被反应生成的I2完全消耗。由于溶液中的I—继续被H2O2氧化，生成的I2与淀粉作用，溶液立即变蓝。因此，根据试剂X的量、滴入双氧水至溶液变蓝所需的时间，即可推算反应H2O2+2H++2I—→2H2O+I2的反应速率。
下表为某同学依据上述原理设计的实验及实验记录（各实验均在室温条件下进行）：

编号
往烧杯中加入的试剂及其用量（mL）
催化剂
开始变蓝时间（min）
0.1 mol·Lˉ1
KI溶液
H2O
0.01 mol·Lˉ1
X溶液
0.1 mol·Lˉ1
双氧水
1 mol·Lˉ1
稀盐酸
1
20.0
10.0
10.0
20.0
20.0
无
1.4
2
20.0
m
10.0
10.0
n
无
2.8
3
10.0
20.0
10.0
20.0
20.0
无
2.8
4
20.0
10.0
10.0
20.0
20.0
5滴Fe2(SO4)3
0.6
 
（1）已知：实验1、2的目的是探究H2O2浓度对H2O2+2H++2I—→2H2O+I2反应速率的影响。实验2中m=            ，n=              。
（2）已知，I2与X反应时，两者物质的量之比为1∶2。按面表格中的X和KI的加入量，加入V（H2O2）>________，才确保看到蓝色。
（3）实验1，浓度c(X)~ t的变化曲线如图，若保持其它条件不变，请在答题卡坐标图中，分别画出实验3、实验4，c(X)~ t的变化曲线图（进行相应的标注）。

（4）实验3表明：硫酸铁能提高反应速率。催化剂能加快反应速率是因为催化剂      (填“提高”或“降低”)了反应活化能。
（5）环境友好型铝—碘电池已研制成功，已知电池总反应为：2Al（s）+3I2（s）2AlI3（s）。含I—传导有机晶体合成物作为电解质，该电池负极的电极反应为：______________________________，充电时Al连接电源的___________极。

（1）N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=－94.4kJ·mol－1。恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图示。

①在1L容器中发生反应，前20min内，v(NH3)=         ，放出的热量为        ；
②25min时采取的措施是                                     ；
③时段III条件下，反应的平衡常数表达式为                （用具体数据表示）。
（2）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)   △H<0，副反应②：2NH3(g)+8NO(g)5N2O(g)+3H2O(g) △H＞0。平衡混合气中N2与N2O含量与温度的关系如右图。请回答：在400K～600K时，平衡混合气中N2含量随温度的变化规律是                                                          ，导致这种规律的原因是                                                 （任答合理的一条原因）。

（3）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的。电池反应为：4NH3+3O2=2N2+6H2O，则负极电极反应式为                                   。

控制变量法是研究化学变化规律的重要思想方法。请仔细观察下表中50ml稀盐酸和1g碳酸钙反应的实验数据：

实验
序号
碳酸钙状态
c(HCl)/mol·L-1
溶液温度/oC
碳酸钙消失时间/s
反应前
反应后
1
粒状
0．5
20
39
400
2
粉末
0．5
20
40
60
3
粒状
0．6
20
41
280
4
粒状
0．8
20
40
200
5
粉末
0．8
20
40
30
6
粒状
1．0
20
40
120
7
粒状
1．0
30
50
40
8
粒状
1．2
20
40
90
9
粒状
1．2
25
45
40
分析并回答下列问题：
（1）本反应属于__________反应(填“吸热”或“放热”)，反应的离子方程式_____________。
（2）实验6和7表明，___________对反应速率有影响，__________反应速率越快，能表明同一规律的实验还有_____________(填实验序号)。
（3）根据实验1、3、4、6、8可以得出条件对反应速率的影响规律是_____________________。
（4）本实验中影响反应速率的其它因素还有________________，能表明这一规律的实验序号是1、2与____________。

草酸（H2C2O4）溶液与酸性KMnO4溶液反应时，溶液褪色总是先慢后快。某学习小组结合化学反应原理提出猜想与假设，并设计了一系列实验进行探究。
实验Ⅰ：在2支试管中分别加入5 mL等浓度的H2C2O4溶液，在其中一支试管中先加入少量MnSO4固体再各加入5滴0.1 mol·L-1 KMnO4溶液。记录溶液褪色时间，如表1：

试 管
未加MnSO4的试管
加有MnSO4的试管
褪色时间
30 s
2 s
［表1］
实验Ⅱ：另取2支试管分别加入5 mL等浓度的H2C2O4溶液，在其中一支试管中先加入10滴稀硫酸，再各加入5滴0.1 mol·L-1 KMnO4溶液。记录溶液褪色时间，如表2：
试 管
未滴加稀硫酸的试管
滴加了稀硫酸的试管
褪色时间
100 s
90 s
［表2］
实验Ⅲ：另取3支试管分别加入5 mL等浓度H2C2O4溶液，然后在试管中先分别加入10滴、1 mL、2 mL稀硫酸溶液，再各加入5滴0.1 mol·L-1 KMnO4溶液，然后置于温度为65℃的水浴中加热。记录溶液褪色时间，如表3：
试 管
滴入10滴稀硫酸的试管
加入1 mL稀硫酸的试管
加入2 mL稀硫酸的试管
褪色时间
70 s
100 s
120 s
［表3］
（1）实验Ⅰ得出的结论是_____。
（2）比较实验Ⅱ、Ⅲ得出的结论正确的是：_____。[来
①温度对该反应速率有影响
②硫酸对草酸和KMnO4溶液的反应有影响
③加入少量硫酸，可促进草酸和KMnO4溶液反应，而加入大量硫酸，反应速率比较小
④在酸性范围内，pH值越小对反应越有利[
（3）写出草酸溶液与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式：____。实验室利用该反应标定未知浓度H2C2O4溶液，滴定终点的现象是：溶液颜色_____，且30 s不改变。滴定完成后仰视读取KMnO4溶液体积会导致测得H2C2O4溶液的浓度____（选填：偏大、偏小、无影响）。
（4）有同学根据查阅的资料提出KMnO4溶液氧化H2C2O4的反应历程为：

上述实验中，实验_____可证明这个历程是可信的。

常温下，Na2CO3溶液中存在平衡：CO32－+H2OHCO3－+OH－，下列有关该溶液的说法正确的是

A．离子浓度：c(Na+)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H+)B．升高温度，平衡向右移动
C．滴入CaCl2浓溶液，溶液的pH增大D．加入NaOH固体，溶液的pH减小

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