题目内容

化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。
（1）合成氨用的氢气有多种制取方法：请你写出用C制备水煤气的化学反应方程式    。还可以由天然气或重油制取氢气：CH4＋H2O(g) 高温催化剂CO＋3H2；比较以上两种方法转移6mol电子时，C和CH4的质量之比是        。
（2）工业生产可以用NH3（g）与CO2（g）经过两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH3（g）与CO2（g）反应生成尿素的热化学方程式为                  。
（3）已知反应Fe（s）+CO2（g）＝FeO（s）+CO（g） △H＝akJ/mol。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

①该反应的化学平衡常数表达式K=     ，a    0（填“>”、“<”或“：”）。在500℃2L密闭容器中进行反应，Fe和CO2的起始量均为4 mol，则5min后达到平街时CO2的转化率为   ，生成CO的平均速率v（CO）为    。
②700℃反应达到平衡后，要使该平衡向右移动，其他条件不变时，可以采取的措施有   （填字母）。

A．缩小反应器容积B．增加Fe的物质的量
C．升高温度到900℃D．使用合适的催化剂

（15分，最后一问1分，其余每空2分）（1）C＋H2O(g) CO＋H2；9:4
（2）2NH3（g）+CO2（g）＝H2O（l）+CO(NH2)2（s） △H＝－134kJ/mol
（3）①；＞；50%；0.2mol/(L·min) ②C

解析试题分析：（1）高温下碳和水蒸气反应生成氢气和CO，反应的化学方程式是C＋H2O(g) CO＋H2；反应中碳的化合价从0价升高到＋2价，转移2个电子。因此转移6mol电子时，消耗碳单质的质量是：12g/mol×3mol＝36g。在反应CH4＋H2O(g) 高温催化剂CO＋3H2中碳的化合价从－4价升高到＋2价，转移6个电子。因此转移6mol电子时消耗甲烷的质量是16g，所以以上两种方法转移6mol电子时，C和CH4的质量之比是36:16＝9:4。
（2）根据图像可知，第一步反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放热反应，反应的热化学方程式是2NH3（g）+CO2（g）＝H2NCOONH4（l，氨基甲酸铵）  △H1＝－272KJ/mol；第二步反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量，因此反应是吸热反应，反应的化学方程式是H2NCOONH4（l）＝H2O（l）+ CO(NH2)2（s） △H2＝＋138KJ/mol。根据盖斯定律可知，两个过程相加即得到NH3（g）与CO2（g）反应生成尿素的热化学方程式，即为2NH3（g）+CO2（g）＝H2O（l）+ CO(NH2)2（s）  △H＝－272KJ/mol＋138KJ/mol＝－134kJ/mol。
（3）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应Fe（s）+CO2（g）＝FeO（s）+CO（g）可知，该反应的平衡常数K＝。由表中数据可知，对于反应①，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动。由于升高温度平衡向吸热反应方向进行，故a＞0。令平衡时参加反应的二氧化碳的物质的量浓度为xmol，则：
Fe（s）+CO2（g）＝FeO（s）+CO（g）
起始浓度（mol/L）         2                  0
转化量（mol/L）           x                  x
平衡量（mol/L）         2－x                 x
所以根据平衡常数的表达式可知＝1，解得x＝1，所以二氧化碳的转化率为×100%＝50%。其中CO表示的平均速率v（CO）＝＝0.2mol/（L?min）。
②A、反应前后体积不变，缩小反应器容积，压强增大，化学平衡不移动，故A错误；
B、铁是固体，增加Fe的物质的量，不会引起化学平衡的移动，故B错误；
C、正方应是吸热反应，升高温度到900℃，化学平衡正向移动，故C正确；
D、催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡状态，所以使用合适的催化剂，不会引起化学平衡的移动，故D错误，答案选C。
考点：考查氧化还原反应方程式的书写和计算；热化学方程式的书写；化学平衡常数的有关应用和计算；外界条件对平衡状态的影响等

练习册系列答案
相关题目

目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ·mol－1
②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160 kJ·mol－1
③H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44．0 kJ·mol－1
写出CH4 (g)与NO2 (g)反应生成N2 (g) ,CO2(g)和H2O(l)的热化学方程 式_____________________
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T。C)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据   是_______
A．容器内CO2的浓度保持不变
B．v正（N2）="2" v正（NO）
C．容器内压强保持不变  
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
②在T。C时．该反应的平衡常数为_______(保留两位小数)；
③在30  min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是_______
（3）科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为：
2CO＋2NON2＋2CO2 ΔH<0研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反 应速率的影响规律、某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。
 
①上表中:a=_______,b=________,e=________
②请在给出的坐标图中，画出上表中实验II和实验III条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明相应的实验编号
 

直接甲醇燃料电池（DNFC）被认为是21世纪电动汽车最佳候选动力源。

（1）101 kPa时，1 mol CH3OH完全燃烧生成稳定的氧化物放出热量726.51 kJ/mol，则甲醇燃烧的热化学方程式为　　                        　　　 。
（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应原理是：
①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) 　△H1="+49.0" kJ·mol-1
②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g)　△H2
已知H2(g)+O2(g)=H2O(g)　　△H ="-241.8" kJ·mol-1
则反应②的△H2= 　　　　　　　　　　　　　kJ·mol-1。
（3）甲醇燃料电池的结构示意图如右。甲醇进入　 极（填“正”或“负”），正极发生的电极反应式为　　　　　 　　　                  　　　　　。负极发生的电极反应式为　　　　　 　                　　　　　　　。

（15分）
甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下列与甲醇有关的问题．
（1）甲醇分子是____分子（填“极性”或“非极性”）．
（2）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H=-86.6kJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H2：，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的3/5．
①达到平衡时，CO的转化率为         。
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有____     。

A．B．CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率
C．容器内的压强保持不变D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的颜色保持不变      F．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
  （3）已知在常温常压下：

（4）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。
①该电池负极的电极反应式为____
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如下离子的溶液．

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象）阳极上收集到氧气的质量为       。

SO2、NO、NO2、CO都是污染大气的有害气体，对其进行回收利用是节能减排的重要课题。
（1）上述四种气体中直接排入空气时会引起酸雨的有__________（填化学式）。
（2）已知：2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g)；△H=－196.6kJ/mol
O2(g)+2NO(g)=2NO2(g)；△H=－113.0kJ/mol
①反应：NO2(g) +SO2(g)= SO3(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定条件下，将NO2和SO2以体积比1：1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应： NO2(g) +SO2(g)SO3(g) +NO(g)，
下列不能说明反应达到平衡状态的是_____（填字母）。
a．体系压强保持不变
b．混合气体的颜色保持不变
c．NO的物质的量保持不变
d．每生成1molSO3的同时消耗1molNO2
（3）CO可用于合成甲醇，其反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H2，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如图所示。

①上述合成甲醇的反应为______（填“放热”或“吸热”）反应。
②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为___________。
③若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为_____L。
（4）某研究小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH-向______（填“a”或“b”）极移动。
②电池工作一段时间后，测得溶液的pH减小，则该电池总反应的离子方程式为__________________。

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式。
（1）将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
①已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨)＝2Fe(s)＋3CO(g)  ΔH1＝ +489.0 kJ/mol
C(石墨)＋CO2(g)＝2CO(g)   ΔH2＝+172.5 kJ/mol
则CO还原Fe2O3的热化学方程式为                                        ；
②氯化钯（PdCl2）溶液常被应用于检测空气中微量CO。PdCl2被还原成单质，反应的化学方程式为                                                ；
（2）将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入C3H8和O2构成丙烷燃料电池。
①负极电极反应式是：                                            ；
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置（如下图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是          （填序号）

A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H+＋2e－＝H2↑
（3）将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为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
H2O
CO
CO2
1
650
2
4
1.6
5
2
900
1
2
0.4
3
3
900
1
2
0.4
1
 
①该反应的正反应为          （填“吸”或“放”）热反应；
②实验2中，平衡常数K＝          ；
③实验3跟实验2相比，改变的条件可能是                （答一种情况即可）；
（4）将2.4g碳在足量氧气中燃烧，所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中，完全吸收后，溶液中所含离子的物质的量浓度由大到小的顺序                   。

为减小CO2对环境的影响，在限制其排放量的同时，应加强对CO2创新利用的研究。
（1）①把含有较高浓度CO2的空气通入饱和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO2气体。写出②中反应的化学方程式__________________________。
（2）如将CO2与H2以1:3的体积比混合。
①适当条件下合成某烃和水，该烃是      （填序号）。

A．烷烃 B．烯烃 C．炔烃 D．苯的同系物
②适当条件下合成燃料甲醇和水。在体积为2L的密闭容器中，充入 2 mol CO2和6 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=－49.0 kJ/mol。测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

从反应开始到平衡，v(H2)=     ；氢气的转化率=      ；能使平衡体系中n(CH3OH)增大的措施有__________________________________________________。
（3）如将CO2与H2以1:4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH4。已知：
CH4 (g) +2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)  △H1="―890.3" kJ/mol
H2(g) + 1/2O2(g)=H2O(l)   △H2=－285.8 kJ/mol
则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是____________________。
（4）某同学用沉淀法测定含有较高浓度CO2的空气中CO2的含量，经查得一些物质在20℃的数据如下表。
溶解度（S）/g
溶度积（Ksp）
Ca(OH)2
Ba(OH)2
CaCO3
BaCO3
0.16
3.89
2.9×10－9
2.6×10－9
 
（说明：Ksp越小，表示该物质在水溶液中越易沉淀）
吸收CO2最合适的试剂是         (填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”)溶液，实验时除需要测定工业废气的体积（折算成标准状况）外，还需要测定                       。

除去杂质后的水煤气主要含H2、CO，是理想的合成甲醇的原料气。
（1）生产水煤气过程中有以下反应：①C(s)+CO2(g)2CO(g)  △H1；
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)  △H2；③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)  △H3；
上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为                       。
（2）将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：2CH4(g)＋3O2(g)4CO(g)＋4H2O(g)   △H=－1038kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件相同）：
①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；
根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是      （填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是                                                      ；
（3）请在答题卡中，画出（2）中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。
（4）合成气合成甲醇的主要反应是：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=－90.8kJ·mol－1，T℃下此反应的平衡常数为160。
此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下：

物质
H2
CO
CH3OH
浓度/（mol·L－1）
0.20
0.10
0.40
 
①该时间段内平均反应速率v(H2)=                       。
②比较此时正、逆反应速率的大小：v(正)      v (逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）
（5）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是                                 。

一定条件下，反应2AB(g)  A2(g)＋B2(g)达到平衡状态的标志是
A．单位时间内生成n molA2的同时消耗n molB2  
B．容器内， AB、A2、B2三种气体共存
C．AB的消耗速率等于A2的消耗速率       
D．容器中各组分的体积分数不随时间变化

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