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8.CH4、H2、C都是优质的能源物质,它们燃烧的热化学方程式为:
①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ•mol-1
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ•mol-1
(1)在深海中存在一种甲烷细菌,它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活,甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水,放出的能量=(填“>”“<”或“=”)890.3kJ.
(2)甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,则:
①能表示该反应过程中能量变化的是(图1)D(填字母).
②若将物质的量均为1mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中,体系放出的热量随着时间的变化如图2所示,则CH4的转化率为63%.

(3)C(s)与H2(g)不反应,所以C(s)+2H2(g)═CH4(g)的反应热无法直接测量,但通过上述反应可求出C(s)+2H2(g)═CH4(g)的反应热△H=-74.8kJ•mol-1
(4)目前对于上述三种物质的研究是燃料研究的重点,下列关于上述三种物质的研究方向中可行的是C(填字母).
A.寻找优质催化剂,使CO2与H2O反应生成CH4与O2,并放出热量
B.寻找优质催化剂,在常温常压下使CO2分解生成碳与O2
C.寻找优质催化剂,利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气(CO、H2
D.将固态碳合成为C60,以C60作为燃料
(5)工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ•mol-1,若在温度相同、容积均为2L的3个容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时如表:
容器
反应物投入量1molCO、2mol H21mol CH3OH2mol CO、4mol H2
CH3OH的浓度(mol/L)c1=0.25c2c3
反应的能量变化放出Q1 kJ吸收Q2 kJ放出Q3 kJ
平衡常数K1K2K3
反应物转化率α1α2α3
①下列不能说明该反应在恒温恒容条件下已达化学平衡状态的是BC.
A.v(H2)=2v(CH3OH)  B.n(CO)﹕n(H2)﹕n(CH3OH)=1﹕2:1
C.混合气体的密度不变   D.混合气体的平均相对分子质量不变 E.容器的压强不变
②下列说法正确的是AC.
A.c1=c2      B.Q1=Q2     C.K1=K2      D.α23<100%
③如图表示该反应的反应速率v和时间t的关系图(图3):

各阶段的平衡常数如表所示:
t2~t3t4~t5t5~t6t7~t8
K4K5K6K7
K4、K5、K6、K7之间的关系为K4>K5=K6=K7(填“>”、“<”或“=”).反应物的转化率最大的一段时间是t2~t3

分析 (1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890,.3kJ•mol-1,得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量;
(2)①甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,计算1mol甲烷完全反应放出的热量,反应为放热反应,据此分析图象判断;
②依据①计算得到的反应的焓变,图中中是反应达到平衡状态时放热155.8KJ,计算反应的甲烷得到转化率;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H1=-890.3kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g);△H2=-393.5kJ/mol
反应C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)可以是②+③-①得到,由此分析解答;
(4)A.CO2与H2O反应生成CH4和O2,为吸热反应;
B.使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应,常温下不能发生;
C.大气中的CO2和海底开采的CH4合成合成气(CO、H2),具有可行性;
D.将固态碳合成C60,以C60作燃料,产物相同;
(5)①可逆反应达到平衡状态,一定满足正逆反应速率相等,各组分的浓度、百分含量不再变化,据此进行判断;
②在恒温恒容条件下,甲加入1molCO、2molH2与乙中1molCH3OH为等效平衡,而丙中加入2molCO、4molH2,与甲相比,丙增大了压强,平衡向着正向移动,据此进行解答;
③温度不变,化学平衡常数不变,t3时刻,正逆反应速率都增大,且逆反应速率变化大,平衡向逆反应移动,应该为升高了温度;t6时刻,正逆反应速率都减小,且正反应速率变化大,平衡向逆反应移动,据此进行解答.

解答 解:(1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ•mol-1,得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量等于890.3kJ•mol-1
故答案为:=;
(2)①甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ,反应焓变△H=-247.36KJ/mol,反应为放热反应,反应物能量高于生成物,反应的热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=-247.36KJ/mol,符合能量变化的图象只有D符合,
故答案为:D;  
 ②反应的热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=-247.36KJ/mol,图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ,则反应的甲烷物质的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol,甲烷转化率为63%,
故答案为:63%;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H1=-890.3kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g);△H2=-393.5kJ/mol
盖斯定律计算,②+③-①得到,反应C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)△H=-74.8 kJ•mol-1
故答案为:-74.8 kJ•mol-1
(4)A.甲烷与氧气的反应为放热反应,可知CO2与H2O反应生成CH4和O2为吸热反应,故A错误;
B.使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应,常温下不能发生,故B项不正确;
C.大气中的CO2和海底开采的CH4合成合成气(CO、H2),具有可行性,利用优质催化剂、太阳能实现转化,故C正确;
D.将固态碳合成C60,以C60作燃料,产物相同,研究方向不可行,故D错误;
故答案为:C;
(5)①A.v(H2)=2v(CH3OH),表示的是正逆反应速率,且满足二者计算量关系,说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.n(CO):n(H2):n(CH3OH)=1:2:1,物质的量之比,无法判断正逆反应速率是否相等,无法判断是否达到平衡状态,故B正确;
C.混合气体的密度不变,反应前后都是气体,容器的容积不变,所以气体的密度始终不变,密度不能作为判断平衡状态的依据,故C正确;
D.该反应是气体体积缩小的反应,反应过程中气体的物质的量发生变化,混合气体的平均分子量发生变化,若混合气体的平均相对分子质量不变,说明达到了平衡状态,故D错误;
E.该反应是体积缩小的反应,气体的物质的量在反应中发生变化,若容器的压强不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故E错误;
故答案为:BC;
②A、恒温恒容条件下,甲加入1molCO、2molH2与乙中1molCH3OH为等效平衡,则达到平衡时各组分的浓度都相等,所以c1=c2,故A正确;
B、由于甲和乙是从不同方向进行的反应,则甲放出的热量与乙吸收的热量不一定相等,故B错误;
C、由于甲和乙为从不同的方向进行的可逆反应,两个反应中温度相同,则平衡常数不变,所以K1=K2,故C正确;
D、甲和乙为等效平衡,反应的方向完全不同,所以a1=a2,用于丙中浓度为甲的2倍,相当于增大了压强,丙中反应物转化率大于甲,即a3>a1,所以a2+a3>100%,故D错误;
故答案为:AC;
③t3时刻,正逆反应速率都增大,且逆反应速率变化大,平衡向逆反应移动,应为升高温度,所以K4>K5
t6时刻,正逆反应速率都减小,且正反应速率变化大,平衡向逆反应移动;应为降低压强,所以K6=K7
t5~t6正逆速率都增大,平衡不移动,应是使用催化剂,K不变,所以K5=K6,所以K4>K5=K6=K7
根据t3时刻升高了温度,平衡向着逆向移动,反应物转化率减小;t4-t5时使用催化剂,转化率不变;t6时减小了压强,平衡向着逆向移动,反应物转化率减小,所以t2~t3段A的转化率最高,
故答案为:K4>K5=K6=K7; t2~t3

点评 本题考查了热化学方程式书写、盖斯定律计算、反应热与能源,为高频考点,把握物质的性质、反应中的能量变化、化学研究等为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意化学研究方案的可行性分析,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列实验设计及其对应的离子方程式均正确的是(  )
A.工业制漂白粉:C12+2OH-═Cl-+ClO-+H2O
B.将氯气溶于水制备次氯酸:C12+H2O═2H++Cl-+ClO-
C.用FeCl3溶液腐蚀铜线路板:Cu+2Fe3+═Cu2++2Fe2+
D.用浓盐酸酸化的KMnO4溶液与H2O2反应,证明H2O2具有还原性:2MnO4-+6H++5H2O2═2Mn2++5O2↑+8H2O

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15.根据如图能量变化曲线判断,下列说法正确的是(  )
A.H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(l)△H=-242kJ•mol-1
B.若H-H、O═O的键能分别是436 kJ•mol-1和496 kJ•mol-1,则H-O的键能是463 kJ•mol-1
C.据图可知,氢气的燃烧热为242 kJ•mol-1
D.10克氢气在氧气中完全燃烧,放出热量为1210kJ

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.下列说法正确的是(  )
A.在0.1mol•L-1的碳酸钠溶液中存在5种微粒,且c(CO32-)+c(HCO3-)=0.1mol•L-1
B.硫化钠水解的离子方程式:S2-+2H2O?H2S+2OH-
C.FeSO4溶液中滴加次氯酸钠溶液:Fe2++ClO-+2H2O=Fe(OH)2↓+2HClO
D.AgNO3溶液中滴加足量NaCl溶液,再滴加NaI溶液,先产生白色沉淀后转化为黄色沉淀

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol
某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化.他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其在相同温度下发生反应.相关数据如表:
容器编号起始时各物质物质的量/mol达到平衡的时间/min达平衡时体系能量的变化/kJ
COH2OCO2H2
1400t1放出热量:32.8 kJ
2800t2放出热量:Q
(1)该反应过程中,反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于(填“大于”、“小于”或“等于”)生成物分子化学键形成时所释放的总能量.
(2)容器①中反应达平衡时,CO的转化率为80%.
(3)计算容器①中反应的平衡常数K=1.某时刻测得②中氢气的物质的量为1.8mol,请问此刻V正小于V逆(填大于,小于或等于)
(4)下列叙述正确的是ad(填字母序号).
a.平衡时,两容器中H2的体积分数相等
b.容器②中反应达平衡状态时,Q>65.6kJ
c.反应开始时,两容器中反应的化学反应速率相等
d.平衡时,两容器中CO的转化率相同
(5)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484kJ/mol,请写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566KJ/mol.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.真空碳热还原氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程
①Al2O3(S)+3C(S)═2Al(S)+3CO(g)△H1═+1344.1KJ•mol-1
②2AlCl3(g)═2Al(S)+3Cl2(g)△H2═+1169.2KJ•mol-1
③Al2O3(g)+3C(S)+3Cl2(g)═2AlCl3(g)+3CO(g)△H3═+QKJ•mol-1
下列有关说法正确的是(  )
A.反应①中化学能转化为热能
B.反应②中若生成液态铝则反应热应大于△H2
C.反应③中1molAlCl3(g)生成时,需要吸收174.9kJ的热量
D.该生产工艺中能循环利用的物质只有A1C13

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.利用CO2以制取甲醇,有关化学反应如下:
①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-178kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-41.2kJ•mol-1
③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3=-483.6kJ•mol-1
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键 C-C C-H H-H C-O H-O
 键能/kJ•mol-1 348 413 436 358463
则断开1molC═O需要吸收的能量和CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)的反应热分别为(  )
A.1550+43.2kJ•mol-1B.750-43.2kJ•mol-1
C.1550+86.4kJ•mol-1D.750+43.2kJ•mol-1

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

17.二氧化氯(ClO2)被联合国世界卫生组织(WHO)列为AⅠ级高效安全灭菌消毒剂.常温下二氧化氯为黄绿色气体,其熔点为-59.5℃,沸点为11.0℃,能溶于水,不与水反应.温度过高,二氧化氯的水溶液可能爆炸.某研究性学习小组拟用图所示装置制取并收集ClO2.(加热和夹持装置均省略)
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(2)A装置中使用温度计的目的控制温度,避免温度过高引起爆炸.反应开始后,可以观察到圆底烧瓶内的现象是溶液中有气泡逸出,圆底烧瓶内产生黄绿色气体.
(3)B装置的作用是将C1O2冷凝并收集.
(4)D装置中的NaOH溶液吸收尾气中的ClO2,生成物质的量之比为的1:1的两种盐,一种为NaClO2,另一种为.
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步骤1:量取ClO2溶液10.0mL,稀释成100.0mL试样;量取V1mL试样加入到锥形瓶中;
步骤2:调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,振荡后,静置片刻;
步骤3:加入指示剂X,用cmol•L-1Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液V2mL.
(已知:
2ClO2+8H++10I-=5I2+2Cl-+4H2O
2Na2S2O3+I2═Na2S4O6+2NaI)
指示剂X为淀粉溶液.原ClO2溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g•L-1(用含字母的代数式表示).
(6)有同学认为KC1O3在酸性条件下与草酸反应会生成KCl.请设计实验证明A装置反应后的溶液中是否存在C1-,简要写出所需试剂、实验操作、现象和结论.(已知:AgClO3可溶于水)取少量A装置反应后的溶液于试管中,加入足量Ba(NO32溶液,充分反应后静置,取上层清液于试管中,加入硝酸酸化的硝酸银溶液,观察是否有白色沉淀产生.若有,则存在Cl-;若无,则不存在Cl-

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

18.配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4是双烯合成反应的催化剂,它被浓硝酸分解的化学方程式为:[Cu(CH3C≡N)4]BF4$\stackrel{HNO_{3}}{→}$Cu2++H3BO3+CO2↑+HF…(未配平).
(1)Cu2+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9;铜与氮形成的一种化合物品胞结构如图所示,则该化合物的化学式为Cu3N.
(2)1mol H3BO3分子中含有氢键的数目为3mol.
(3)Na与CO2分子互为等电子体,N3-的结构式可表示为N2O(CO2、CS2等).
(4)配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4中:
①配体Cu(CH3C≡N分子中碳原子杂化轨道类型为sp、sp3杂化.
②[Cu(CH3C≡N)4]+的结构可用示意图表示为(不考虑空间构型).

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