题目内容

18．甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料．以CO2和H2为原料生产甲醇时，同时发生下列两个反应，反应的热化学方程式如下：
I．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-58.0kJ•mol-1
II．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2=+41.0kJ•mol-1
（1）上述两个反应中，在热力学上趋势较大的是I（填反应代号）．
（2）图1中表示反应II平衡常数K随温度变化关系的曲线为b（填曲线标记字母），其判断依据是反应II为吸热反应，升高温度，平衡向右移动，平衡常数增大．

（3）CO和H2反应也可生成气态甲醇．相关的化学键键能数据如下：
化学键H-HC-OC≡OH-OC-H
E/（kJ•mol-1）4363431076465x
①则x=413．
②CO和H2生成甲醇的反应，体系总压强为P MPa恒定，在温度T时，起始$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}$=$\frac{1}{2}$，若到达平衡时，CO的转化率为50%，则平衡常数Kp=$\frac{4}{{p}^{2}}$（MPa）-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（4）某实验室控制CO2和H2初始投料比为1：2.2．在相同压强下，发生I、II两个反应，经过相同反应时间测得如下实验数据：
T（K）催化剂CO2转化率（%）甲醇选择性（%）
543Cat.112.342.3
543Cat.210.972.7
【备注】Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比．
①有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有D．
A．使用催化剂Cat.1          B．增大CO2和H2的初始投料比
C．使用催化剂Cat.2          D．投料比不变，增加反应物的浓度
②在图2中分别画出反应I在无催化剂、有 Cat.1、有Cat.2 三种情况下能量与反应过程变化关系的曲线图．

分析 （1）I．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-58.0kJ•mol-1，反应是放热反应；II．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2=+41.0kJ•mol-1是吸热反应；
（2）温度升高平衡向吸热反应方向进行，反应II为吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大；
（3）①结合热化学方程式计算得到一氧化碳和氢气反应生成甲醇的热化学方程式，反应热=反应物总键能-生成物总键能；
②在温度T时，起始$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}$=$\frac{1}{2}$，若到达平衡时，CO的转化率为50%，结合三行计算得到平衡物质的量，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数；
（4）①由CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-53.7kJ•mol-8 可知提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，应使平衡向正向移动，可降低温度，增大浓度；
②加入催化剂，可降低反应的活化能，催化能力越强，活化能越低，但反应热不变．

解答 解：（1）I．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-58.0kJ•mol-1，反应是放热反应；II．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2=+41.0kJ•mol-1是吸热反应，反应Ⅰ在反应过程中放出热量，反应体系温度升高反应速率增大，反应Ⅱ是吸热反应，在反应过程中温度降低，温度降低反应速率减慢，所以上述两个反应中，在热力学上趋势较大的是Ⅰ，
故答案为：I；
（2）II．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2=+41.0kJ•mol-1是吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大，图1中表示反应II平衡常数K随温度变化关系的曲线为b，
故答案为：b；反应II为吸热反应，升高温度，平衡向右移动，平衡常数增大；
（3）①I．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-58.0kJ•mol-1
II．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2=+41.0kJ•mol-1
盖斯定律计算得到：Ⅰ-Ⅱ得到CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-99KJ/mol，
反应热=反应物总键能-生成物总键能=（1076+2×436-3×x-343-465）KJ/mol=-99KJ/mol，
x=431KJ/mol，
故答案为：413；
  ②在温度T时，起始$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}$=$\frac{1}{2}$，设物质的量为1mol和2mol，若到达平衡时，CO的转化率为50%，
                  CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），
起始量（mol）  1              2             0
变化量（mol） 0.5           1              0.5
平衡量（mol）0.5            1               0.5
气体总物质的量=0.5mol+1mol+0.5mol=2mol
Kp=$\frac{\frac{0.5}{2}×pMp}{\frac{0.5}{2}×pMp×（\frac{1}{2}×pMp）^{2}}$=$\frac{4}{{p}^{2}}$（MPa）-2 ，
故答案为：$\frac{4}{{p}^{2}}$（MPa）-2 ；
（4）①A．使用催化剂Cat.1，平衡不移动，不能提高转化率，故A错误；
B、增大 CO2和H2的初始投料比，可增大氢气的转化率，二氧化碳的转化率减小，故B错误；
C、使用催化剂Cat.2，不能提高转化率，故C错误；
D、投料比不变，增加反应物的浓度，衡正向移动，可增大转化率，故D正确；
故答案为：D；
②从表中数据分析，在催化剂Cat.2的作用下，甲醇的选择性更大，说明催化剂Cat.2对反应Ⅰ催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂Cat.2的反应过程中活化能更低，故图为，
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算，平衡移动以及热化学方程式、电化学等知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、计算能力的考查，注意把握盖斯定律的应用，电解池的工作原理等知识，题目难度中等．

练习册系列答案
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7．下列说法错误的是（　　）
A．绿色化学的核心是对环境污染进行综合治理
B．Al2O3可用作耐火材料
C．地沟油经处理后可用作燃料油
D．胶体和溶液的本质区别是分散质粒子直径大小
9．已知在金属活动顺序表中锡（Sn）位于Fe 与Cu 之间．
（1）为了测定金属锡样品的纯度（假定杂质不参加反应），实验步骤如下：将a g金属锡样品溶于盐酸中．向上述溶液中加入过量的FeCl3溶液（发生的反应为：Sn2++2Fe3+=Sn4++2Fe2+）．用b mol/L的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+，共用去K2Cr2O7 溶液m mL．
请回答：
①用盐酸溶解金属时发生反应的离子方程式Sn+2H+=Sn2++H2↑
②已知酸性环境下，Cr2O72- 可被Fe2+还原为Cr3+，则Ⅲ中反应的离子方程式是：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
③样品中锡的质量分数是$\frac{3bmM}{1000a}$．（Sn的摩尔质量为M g/mol，用含a、b、m、M的代数式表示）
（2）兴趣小组同学用如图所示装置在实验室中制取无水SnCl4．已知SnCl4易水解

①按气流方向各接口的正确连接顺序是ae f c b h I j kgf
②干燥管的作用是防止后面水蒸气进入装置E内，使SnCl4水解．
③NaOH溶液中发生反应的离子方程式Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O．
6．氨和肼（N2H4）既是一种工业原料，又是一种重要的化工产品．

（1）等物质的量的氨和肼分别与足量的二氧化氮反应，产物为氮气和水．则转移电子数目之比为3：4．
（2）肼在一定条件下可发生分解反应：3N2H4（g）?N2（g）+4NH3（g），己知断裂Imol N-H、N-N、N-N分别需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．则该反应的反应热△H=-367kJ/mol．
（3）氨的催化氧化过程主要有以下两个反应：
（i ）4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.5kJ/mol
（ii ）4NH3（g）+3O2（g）?2N2（g）+6H2O（g）△H=-1267kJ/mol
①一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH3与3mol O2发生反应（ii），达到平衡后测得容器中NH3的物质的量为2mol；则反应（ii）的化学平衡常数K=$\frac{1}{9}$；
②测得温度对NO、N2产率的影响如图1所示．下列说法错误的是AB
A．升高温度，反应（i）和（ii）的平衡常数均增大
B.840℃后升高温度，反应（i）的正反应速率减小，反应（ii）的正反应速率增大
C.900℃后，NO产率下降的主要原因是反应（i）平衡逆向移动
D.800℃左右时，氨的催化氧化主要按照反应（i）进行
（4）N2H4-O2燃料电池是一种高效低污染的新型电池，其结构如图2所示：
①b极为电池的正极；
②a极的电极反应方程式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；
③以该燃料电池为电源，用惰性电极电解400mL足量KC1溶液一段时间，当消耗O2的体积为2.24L（标准状况下）时，溶液pH=14．（忽略溶液体积变化）
13．海洋约占地球表面积的71%，海水资源的利用具有广阔的前景，例如目前世界上60%的镁就是从海水中提取的．某研究性学习小组在实验室利用海水晒盐后的盐卤（主要含Na+、Mg2+、Cl-、Br-等）模拟工业生产提取镁，主要步骤如下：

回答下列问题：
（1）从节约成本的角度考虑，试剂①可以选用Ca（OH）2 （填化学式）．
已知：25℃时，Ksp[Mg（OH）2]=1.0×10-11．现在25℃条件下，加入试剂①调节下盐卤中的c（Mg2+）≤1.0×10-5mol/L，则此时溶液的pH不小于11．
（2）从操作①得到的Mg（OH）2沉淀中可能混有少量的Ca（OH）2，除去少量该物质的方法是先将沉淀加入到盛有MgCl2 溶液的烧杯中，充分搅拌后经过滤、洗涤可得纯净的Mg（OH）2
（3）MgCl2溶液可以转变成MgCl2•6H2O 晶体，操作②为蒸发浓缩、冷却结晶．
（4）MgCl2•6H2O 晶体经操作③脱水可制无水MgCl2，但加热脱水时需在HCl气体 气氛中进行，原因是MgCl2+2H2O?Mg（OH）2↓+2HCl   （用化学方程式解释）．
（5）经研究，学习小组设计了如图装置，选取石墨和不锈钢做电极材料，用电解的方法完成了操作④；
①通入O2的一极的电极反应为O2+4e-+4H+=H2O；
②不锈钢电极做阴 极（填电极名称）；
③若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式Mg+2H2O=Mg（OH）2↓+H2↑．
1．钛合金是航天航空工业的重要材料．由钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO3）制备Ti等产品的一种工艺流程示意图如下：

已知：①TiO2+易水解，只能存在于强酸性溶液中．
②常温下，难溶电解质溶解度与pH关系图．

③25℃时TiO（OH）2溶度积Ksp=1×10-29
回答下列问题：
（1）写出钛铁矿酸浸时，反应的离子方程式FeTiO3+4H+=TiO2++Fe2++2H2O．
（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有蒸发浓缩、冷却结晶，过滤．
（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末的作用是调节溶液pH，促进TiO2+水解，TiO2+水解的离子方程式为TiO2++2H2O?TiO（OH）2+2H+，当溶液pH=2时，TiO（OH）2已沉淀完全．
（4）加入铁屑将Fe3+转化为Fe2+的原因是避免使Fe3+和TiO2+共沉淀．
8．磷是人体含量较多的元素之一，磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛．
回答下列问題：
（1）基态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3．
（2）P4S3可用于制造火柴，其分子结构如图 1所示．
①第一电离能：磷＞硫；电负性；磷＜硫（填“＞”成“＜”）．
②P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为sp3．
③每个P4S3分子中含孤电子对的数目为10．
（3）N、P、As、Sb均是第VA族的元素．
①上述元素的氢化物的沸点关系如图2所示，沸点：PH3＜NH3其原因是NH3分子间存在氢键；沸点：PH3＜AsH3＜SbH3，其原因是相对分子质量不断增大，分子间作用力不断增强．
②某种磁性氮化铁的晶胞结构如图3所示，该化合物的化学式为Fe3N．
（4）磷化铝熔点为2000℃，它与晶体硅互为等电子体，磷化铝晶胞结构如图4所示．
①磷化铝晶体中磷与铝微粒间的作用力为（极性）共价键．
②图中A点和B点的原子坐标参数如图4所示，则C点的原子坐标参数为（$\frac{1}{4}，\frac{1}{4}，\frac{1}{4}$）．
③磷化铝晶体的密度为ρg•cm-3，用NA表示阿伏加德罗常数的数值，则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}•\root{3}{\frac{232}{ρ{N}_{A}}}$cm．
5．下列说法正确的是（　　）
A．分子越稳定，其熔沸点越高
B．HF的热稳定性很好，是因为HF分子间存在氢键
C．放热反应都不需要加热就可以进行
D．吸热反应不一定需要加热条件
6．铜锌合金的颜色酷似金的颜色，所以用铜锌合金制成假黄金骗人的事件时有发生，下列不能有效鉴别黄金真假的是（　　）
A．观察颜色B．与硝酸反应C．与盐酸反应D．测密度

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