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10.研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义.
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等.
已知:①Fe2O3(s)+3C(s,石墨)═2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ•mol-1
     ②C(s,石墨)+CO2(g)═2CO(g)△H2=+172.5kJ•mol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ•mol-1
(2)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H
①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$.
②取一定体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比为1:3),加入恒容密闭容器中,发生上述反应反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图1所示,则该反应的△H<(填“>”、“<”或“=”,下同)0.

③在两种不同条件下发生反应,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图2所示,曲线I、Ⅱ对应的平衡常数关系为K>K
(3)以CO2为原料还可以合成多种物质.
①工业上尿素[CO(NH22]由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应方程式为2NH3+CO2CO(NH22+H2O.开始以氨碳比$\frac{n(N{H}_{3})}{n(C{O}_{2})}$=3进行反应,达平衡时CO2的转化率为60%,则NH3的平衡转化率为40%.
②用硫酸溶液作电解质进行电解,CO2在电极上可转化为甲烷,该电极反应的方程式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O.
③将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3,已知常温下一水合氨Kb=1.8×10-5,碳酸一级电离常数Ka=4.3×10-7,则NH4HCO3溶液呈碱性(填“酸性”、“中性”或“碱性”).

分析 (1)已知:①Fe2O3(s)+3C(s,石墨)═2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ•mol-1
②C(s,石墨)+CO2(g)═2CO(g)△H2=+172.5kJ•mol-1
根据盖斯定律,①-②×3可得:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);
(2)①化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各种生成物浓度的化学计量数幂指数的乘积与各种反应物浓度的化学计量数幂指数的乘积的比;
②由甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系图示可知:当反应达到平衡后,升高温度,甲醇的体积分数减小,说明升高温度,化学平衡逆向移动;
③曲线Ⅱ比I先达到平衡,说明曲线Ⅱ的反应速率快,平衡时曲线Ⅱ甲醇的物质的量较小,说明平衡向逆反应进行,由于正反应为气体体积减小的反应,不能是增大压强,说明温度曲线Ⅱ>I,由于温度高,CH3OH含量低,说明化学平衡常数减小;
(3)①由CO2和NH3在一定条件下合成尿素[CO(NH22],根据质量守恒定律书写方程式;
假设n(CO2)=1 mol,则n(NH3)=3mol.由于达平衡时CO2的转化率为60%,所以反应消耗的n(CO2)=0.6 mol,根据方程式可知反应的NH3的物质的量,进而计算氨气的转化率;
②用硫酸溶液作电解质进行电解,CO2在电极上可转化为甲烷,酸性条件下还有水生成;
③根据电离常数可知HCO3-水解强于NH4+水解,故显弱碱性.

解答 解:(1)已知:①Fe2O3(s)+3C(s,石墨)═2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ•mol-1
②C(s,石墨)+CO2(g)═2CO(g)△H2=+172.5kJ•mol-1
根据盖斯定律,①-②×3可得:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ•mol-1
故答案为:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ•mol-1
(2)①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数表达式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$,
故答案为:$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$;
②由甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系图示可知:当反应达到平衡后,升高温度,甲醇的体积分数减小,说明升高温度,化学平衡逆向移动,升高温度平衡向吸热反应方向移动,逆反应方向为吸热反应,所以正反应为放热反应,所以△H<0,
故答案为:<;
③曲线Ⅱ比I先达到平衡,说明曲线Ⅱ的反应速率快,平衡时曲线Ⅱ甲醇的物质的量较小,说明平衡向逆反应进行,由于正反应为气体体积减小的反应,不能是增大压强,说明温度曲线Ⅱ>I,由于温度高,CH3OH含量低,说明化学平衡常数K>K
故答案为:>;
(3)①根据质量守恒定律,由CO2和NH3在一定条件下合成尿素[CO(NH22]的反应方程式为:2NH3+CO2CO(NH22+H2O,
假设n(CO2)=1 mol,则n(NH3)=3mol,由于达平衡时CO2的转化率为60%,所以反应消耗的n(CO2)=0.6 mol,根据方程式可知反应的NH3的物质的量n(NH3)=1.2 mol,所以氨气的转化率为(1.2 mol÷3mol)×100%=40%,
故答案为:2NH3+CO2CO(NH22+H2O;40%;
②用硫酸溶液作电解质进行电解,CO2在电极上可转化为甲烷,该电极反应的方程式为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O,故答案为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O;
③一水合氨的电离常数大于HCO3-的电离常数,可知HCO3-水解程度强于NH4+水解程度,故NH4HCO3溶液呈弱碱性,故答案为:碱性.

点评 本题考查化学平衡有关计算及影响因素、热化学方程式书写、原电池、电离平衡常数等,是对学生综合能力的考查,难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

11.下列实验装置或操作正确的是(  )
A.
  制备Fe(OH)2
B.
  实验室制备乙炔
C.
从碘与NaCl混合液中分离出碘
D.
比较白磷、红磷的着火点

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12.下列说法中,不正确的是(  )
A.SiO2是酸性氧化物,但不与水反应
B.泡花碱属于盐类
C.明矾和漂白粉均可用于自来水的杀菌、消毒
D.玻璃和陶瓷都属于传统硅酸盐材料

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9.A、B、C、D、E、F六种短周期元素,它们的原子序数依次增大.A原子核内无中子;A和E、D和F分别同主族,且B与D最外层电子数之比为2:3.试回答下列问题:
(1)A元素的名称是氢,E元素在周期表中的位置是第三周期ⅠA族
(2)B、D、F的气态氢化物稳定性由强到弱的顺序是H2O>H2S>CH4 (填化学式)
(3)E单质在足量D单质中燃烧生成的化合物的电子式是
(4)化合物X、Y均由A、D、E、F四种元素组成.
①X、Y均属于离子 化合物(填“离子”或“共价”);
②X与Y的水溶液相混合发生反应的离子方程式为H++HSO3-=H2O+SO2↑ 
(5)化合物E2F的水溶液中滴入 双氧水和稀硫酸,加热,有单质生成.其离子反应方程式为:S2-+H2O2+2H+$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$S↓+2H2O.

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5.苯甲醛在浓碱的条件下能发生歧化反应生成苯甲醇和苯甲酸盐.某实验小组利用该原理制备纯净的苯甲酸.

查阅相关文献,可能用到的有关数据如下:
表1:有关物质的密度、沸点、溶解性
物质 相对分子
质量
密度/
(相对于水)
  沸点/℃    溶解性
苯甲醛1061.046178.8微溶于水,可混溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿
苯甲醇1081.042205.7溶于水,易溶于乙醇、醚、芳烃
苯甲酸1221.271249.2微溶于水,易溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯、二硫化碳、四氯化碳
 苯甲酸钠1441.442249.3溶于水和乙醇、甘油、苯、甲醇、微溶于乙醚
表2:苯甲酸为白色片状晶体,熔点122.4℃,苯甲酸在水中的溶解度见下表
温度/℃255095
溶解度/g0.170.956.8
实验方法:在图示反应装置中,加入反应物搅拌下控温55℃回流至瓶内物质成糊状后完成.拆除装置,往仪器a中加入适量水,搅拌使固体溶解,然后将反应混合物转入分液漏斗中,用30ml萃取剂分3次萃取.往萃取后的水层中加入30g碎冰,在搅拌下慢慢加入浓HCl至湿润的紫色石蕊试纸变红,冰水浴中冷却析出苯甲酸粗品.请回答下列问题:
(1)写出装置图中玻璃仪器的名称,a三颈烧瓶,b(球形)冷凝管.
(2)为了进一步提纯苯甲酸,通常采用重结晶法进行.在进行该实验过程中需要趁热过滤.将粗笨甲酸全溶后往往需要再加入少量蒸馏水的目的是为了减少趁热过滤过程中损失苯甲酸.
(3)将提炖后的产品进行洗涤、干燥.检验经上述操作后得到的是否是纯净的苯甲酸的常用方法是测定获得产品的熔点是否是122.4℃.
(4)在整个过程中,若苯甲醛所取的质量为2.120g,最终获取的纯净笨甲酸的质量为1.098g,则苯甲酸的产率为90.0%.
(5)某同学认为可从弃去的萃取有机层中获取笨甲醇,为完成该实验需要的玻璃仪器有温度计、尾接管及蒸馏烧瓶、直形冷凝管、锥形瓶.

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15.在一定条件下CO(g)和H2(g)发生反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).在容积固定且均为1L的a、b、c三个密闭容器中分别充入1mol CO(g)和2mol H2(g),三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3(依次升高)且恒定不变,测得反应均进行到5min时CH3OH(g)的浓度如图所示.下列说法正确的是(  )
A.a容器中,0~5min内平均反应速率ν(H2)=0.04mol/(L.min)
B.反应均进行到5min时,三个容器中一定达到化学平衡状态的是b
C.当三个容器内的反应都达到化学平衡时,CO转化率最大的是a
D.保持温度和容积不变,若开始时向b容器中充入0.6mol CO(g)、1.2mol H2(g)和0.4mol CH3OH(g),则反应开始时ν(H2)<ν(逆)

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2.A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸,如图所示:
(1)A中反应的离子方程式为Fe+2H+=Fe2++H2
(2)B中Sn极的电极反应式为2H++2e-=H2↑,Sn极附近溶液的pH升高(填“升高”、“降低”或“不变”)
(3)C中被腐蚀的金属是Zn,总反应方程式为Zn+2H2SO4=ZnSO4+H2↑.
(4)由锌片、铁片和200mL硫酸组成的原电池,当在铁片上放出1.68L(标准状况下)气体时,硫酸恰好消耗一半,则产生这些气体时,共消耗锌的质量为4.875g;有9.03×1022 个电子通过了导线,原硫酸物质的量浓度为0.75mol/L(设溶液体积不变)

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19.下列各组物质相互反应时,改变反应的条件或者反应物的物质的量之比,生成的产物不变的是(  )
A.Na与氧气B.澄清石灰水与二氧化碳
C.碳与氧气D.过氧化钠和水

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20.水资源非常重要,联合国确定2003年为国际淡水年.海水淡化是海岛地区提供淡水的重要手段,所谓海水淡化是指除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程(又称海水脱盐),其方法较多,如反渗透法、水合物法、电渗透法和压渗法等.下列方法中,不可以用来进行海水淡化的是(  )
A.过滤法B.蒸馏法C.膜分离法D.离子交换法

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