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科目: 来源: 题型:实验题

16.由碳的氧化物直接合成乙醇燃料已进入大规模生产.
(1)如采取以CO和H2为原料合成乙醇,化学反应方程式:2CO(g)+4H2(g)?CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H;若密闭容器中充有10mol CO与20mol H2,在催化剂作用下反应生成乙醇,CO的转化率(α)与温度、压强的关系如图1所示.

已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H1=-566kJ•mol-1
2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H2=-572kJ•mol-1
CH3CH2OH(g)+3O2(g)═2CO2(g)+3H2O(g)△H3=-1366kJ•mol-1
H2O(g)═H2O(l)△H4=-44kJ•mol-1
①△H=-300kJ•mol-1
②若A、C两点都表示达到的平衡状态,则从反应开始到达平衡状态所需的时间tA>tC(填“>”、“<”或“﹦”).
③若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态,此时在A点时容器的体积为10L,则该温度下的平衡常数:K=0.25L4•mol-4
④熔融碳酸盐燃料电池(MCFS),是用煤气(CO+H2)格负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,用一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的.负极上CO反应的电极反应式为CO-2e-+CO32-═2CO2
(2)工业上还可以采取以CO2和H2为原料合成乙醇,并且更被化学工作者推崇,但是在相同条件下,由CO制取CH3CH2OH的平衡常数远远大于由CO2制取CH3CH2OH 的平衡常数.请推测化学工作者认可由CO2制取CH3CH2OH的优点主要是:原料易得、原料无污染、可以减轻温室效应等.
(3)目前工业上也可以用CO2来生产甲醇.一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g).若将6mol CO2和8mol H2充入2L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化的曲线如图2所示(实线).
①请在答题卷图中绘出甲醇的物质的量随时间变化曲线.
②仅改变某一实验条件再进行两次实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示,曲线I对应的实验条件改变是升高温度,曲线Ⅱ对应的实验条件改变是增大压强.
(4)将标准状况下4.48L CO2通入1L 0.3mol•L-1NaOH溶液中完全反应,所得溶液中微粒浓度关系正确的是
A.c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3
B.c(OH-)+c(CO32-)=c(H2CO3)+c(H+
C.c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-
D.2c(Na+)=3c(HCO3-)+3c(CO32-)+3c(H2CO3

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科目: 来源: 题型:解答题

15.某温度时,在2L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z,它们的物质的量随时间的变化如表所示.
(1)根据表中数据,在图1中画出X、Y、Z的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线:
t/minX/molY/molZ/mol
01.001.000.00
10.900.800.20
30.750.500.50
50.650.300.70
90.550.100.90
100.550.100.90
140.550.100.90
(2)体系中发生反应的化学方程式是X(g)+2Y(g)?2Z(g).
(3)计算该反应在0~3min时间内v(Z)=0.083mol/(L•min)(保留至小数点后三位).
(4)该反应达到平衡时,反应物X的转化率等于45%.
(5)该反应达到平衡时,Z的体积分数为58%(保留两位有效数字).

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科目: 来源: 题型:解答题

14.二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质,节能减排,高效利用能源,能够减少二氧化碳的排放.
(1)在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中,通入2mol CO2和3mol H2,发生的反应为:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),△H=-a kJ•mol-1(a>0),测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图1所示.
①能说明该反应已达平衡状态的是AB.(选填编号)
A.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内每消耗1.2mol H2,同时生成0.4molH2O
D.该体系中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1:1,且保持不变
②计算该温度下此反应的平衡常数K=0.20.(保留两位有效数字).若改变条件C(填选项),可使K=1.
A.增大压强   B.增大反应物浓度   C.降低温度
D.升高温度   E.加入催化剂
(2)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注.DMFC的工作原理如图2所示:
①通入a气体的电极是电池的负(填“正”或“负”)极,其电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
②常温下,用此电池以惰性电极电解0.5L饱和食盐水(足量),若两极共生成气体1.12L(已折算为标准状况下的体积),则电解后溶液的pH为13(忽略溶液的体积变化)
(3)有一种用CO2生产甲醇燃料的方法:
已知:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-a kJ•mol-1
CH3OH(g)=CH3OH(l)△H=-b kJ•mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-c kJ•mol-1
H2O(g)=H2O(l)△H=-d kJ•mol-1
则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-($\frac{3}{2}$c+2d-a-b)kJ•mol-1

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科目: 来源: 题型:填空题

13.氮氧化物是大气污染物之一,目前,消除氮氧化物的方法有多种.
Ⅰ催化还原法.在汽车排气管内安装的催化转化器,可使尾气中主要污染物转化为无毒物质.主要反应如下::2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)
(1)已知:N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H=+180kJ•mol-1
化学键O═OC═OC≡O
键能(Kj/moL)4978031072
则反应2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H=-751kJ•mol-1
(2)在一定温度下,向体积为1L的密闭容器中通入2molNO、1molCO,10分钟时反应2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)达到平衡状态,反应过程中反应物浓度随时间变化情况如图所示.
①前10分钟内用氮气表示的反应速率为0.02mol?L-1?min-1,计算该温度下反应的平衡常数K为$\frac{0.2×0.{4}^{2}}{1.{6}^{2}×0.{6}^{2}}$L?mol-1.(只列算式,不要求计算结果)
②若保持温度不变,在15分钟时向容器内再次充入NO1.6mol、CO20.4mol,则此时反应的ν(填“<”、“=”或“>”)
程如下:NO$→_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$ NO2$→_{反应Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}水溶液}$N2.已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl,则反应Ⅱ的化学方程式是2NO2+4Na2SO3═N2+4Na2SO4
若生成11.2L N2(标准状况),则消耗ClO267.5g.

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科目: 来源: 题型:解答题

12.燃料的使用和防污染是社会发展中一个无法回避的矛盾话题.
(1)我国北方冬季烧煤供暖所产生的废气是雾霾的主要来源之一.经研究发现将煤炭在O2/CO2的气氛下燃烧,能够降低燃煤时NO的排放,主要反应为:
2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)△H
若①N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H1=+180.5kJ•mol-1
②CO(g)═C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)△H2=+110.5kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)═CO2(g)△H3=-393.5kJ•mol-1
则△H=-746.5kJ•mol-1
(2)甲醇可以补充和部分替代石油燃料,缓解能源紧张.一定条件下,在容积为VL的密闭容器中充入a molCO与2a mol H2合成甲醇,CO平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示.
①P1< P2(填“>”、“<”或“=”),理由是甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应,相同温度下,增大压强CO的转化率提高
②该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$(用a和V表示).
③下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是c.(填写相应字母)
a、使用高效催化剂  b、降低反应温度 c、增大体系压强
d、不断将CH3OH从反应混合物中分离出来
e、增加等物质的量的CO和H2
(3)机动车的尾气也是雾霾形成的原因之一.
①近几年有人提出在催化剂条件下,利用汽油中挥发出来的C3H6催化还原尾气中的NO气体生成三种无污染的物质.请写出该过程的化学方程式:2C3H6+18NO=6CO2+6H2O+9N2
②电化学气敏传感器法是测定汽车尾气常用的方法之一.其中CO传感器的工作原理如图2所示,则工作电极的反应式为CO-2e-+H2O=CO2+2H+
(4)工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO2,分别生成NaHSO3、NH4HSO3,其水溶液均呈酸性.相同条件下,同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO32-)较小的是NH4HSO3,用文字和化学用语解释原因HSO3-?H++SO32-,NH4+水解使c(H+)增大,电离平衡逆向移动,c(SO32-)浓度减小.

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11.甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H
②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-58kJ•mol-1
③CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)△H=+41kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)已知反应①中的相关的化学键键能数据如下:
化学键H-HC-OC$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$OH-OC-H
E/(kJ•mol-14363431076465x
则x=413.
(2)若T℃时将6molCO2和 8molH2充入2L密闭容器中发生反应②,测得H2的物质的量随时间的变化如图1中状态Ⅰ(图中实线)所示.图中数据A(1,6)代表在1min时H2的物质的量是6mol.

①T℃时状态I条件下,0--3min内CH3OH的平均反应速率v=0.28mol/(L•min)(保留两位有效数字),
平衡常数K=0.5;
②其他条件不变时,仅改变某一条件后测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅱ所示,则改变的条件可能是增大压强.
③一定温度下,此反应在恒容容器中进行,能判断该反应达到化学平衡状态依据的是abc
a.容器中压强不变
b.CO2和水蒸气的体积比保持不变
c.v正(H2)=3v逆(CH3OH )
d.气体的密度不再随时间的改变而变化
④CO与H2在密闭容器中发生反应①,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示.下列说法正确的是A
A.温度:T1<T2<T3
B.正反应速率:v(a)>v(c);v(b)>v(d)
C.平衡常数:K(a)>K(c);K(b)>K(d)
D.平均摩尔质量:M(a)<M(c);M(b)>M(d)
⑤800K向下列起始体积相同的密闭容器中充入1molCO、2molH2发生反应①,如图3所示甲容器在反应过程中保持压强不变,乙容器保持体积不变达到平衡时H2的浓度c (H2)甲>c(H2)乙.

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10.铁是生产生活中应用最广泛的金属,炼铁技术备受关注,已知:
①2Fe2O3(s)+3C(s)?4Fe(s)+3CO2(g)△H=+460.5KJ•mol-1
②Fe2O3(s)+3CO(g)?2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5KJ•mol-1
③断裂1mol CO(s)气体中的化学键需要吸收1076KJ的能量
断裂1mol CO2(s)气体中的化学键需要吸收1490KJ的能量
请回答:
(1)断裂1mol C(s)中所有化学键需要吸收的能量为834.5kJ.
(2)T1℃时,向密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C,发生反应①,达到平衡后,CO2的浓度为a mol•L-1;其他条件不变,缩小容器容积,再次达到平衡时,CO2的浓度为b mol•L-1,则a=(选填“>”“<”或“=”)b.
(3)起始温度均为T2℃时,向容积为10L的三个恒容密闭容器中,分别加入一定量的Fe2O3和CO发生反应②,测得相关数据如表所示:
编号容器起始时物质的量 mol平衡时物质的量/mol平衡常数(K)
 Fe2O3 COFe 
1恒温 0.51.5  0.8K1 
2恒温 2 3 m 
K2 
3绝热 1 1.5 n 
K3 
①T2℃时,容器1中反应的平衡常数K1=64.
②容器2中,5min达到平衡,则0~5min内以CO2表示该反应的速率v(CO2)=0.048mol/(L•min).
③对于三个容器中的反应,下列说法正确的是D(填选项字母).
A.m>2n  
B.容器1和容器2中CO的平衡转化率v1<v2
C.K1=K3 
D.平衡时气体压强:P3>P1
(4)T2℃时,向恒压密闭容器中充入0.5mol Fe2O3和1.0mol CO,发生反应②,CO和CO2的物质的量浓度(c)与时间(t)的关系如图1所示.

①6min时,改变的外界条件未升温,理由为升温,平衡逆向移动,CO浓度增大,CO2浓度减小.
②10min时,再向容器中加入1 mol Fe2O3、1 mol CO、1 mol Fe、1 mol CO2、起始的反应速率v(正)<(选填“>”“<”或“=”)v(逆).
(5)CO-O2熔融盐燃料电池的装置如图2所示,电池工作时,C口产生的气体一部分通入B口被利用,另一部分被分离出来,若导线中流过2mole-,理论上C口被分离出的气体的物质的量最多为1mol.

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9.甲醇是重要的化工原料,又是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景.
(1)已知反应CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-99kJ.mol-1中的相关化学键键能如表:
化学键H-HC-OC≡CH-OC-H
E/(KJ.mol-1436343x465413
则x=1076.
(2)在一容积可变的密闭容器中,1molCO与2molH2发生反应:
CO(g)+2H2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$CH3OH(g)△H1<0,
CO在不同温度下的平衡转化率(α)与压强的关系如图1所示.

①a、b两点的反应速率:v(a)<v(b)(填“>”、“<”、“=”)
②T1<T2 (填“>”、“<”、“=”),原因是该反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CO的平衡转化率减小,故Tl<T2
③在c点条件下,下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是bc(填代号)
a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍     b.CH3OH的体积分数不再改变
c.混合气体的密度不再改变        d.CO和CH3OH的物质的量之和保持不变
 ④计算图中a点的平衡常数KP=1.6×10-7(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数).
(3)利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇,发生主要反应如下:
 I:CO(g)+2H2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$CH3OH(g)△H1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$CO(g)+H2O(g)△H2
Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$CH3OH(g)+H2O(g)△H3
上述反应对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,它们随温度变化曲线如图2所示.则△H1<△H3(填“>”、“<”、“=”),理由是由图可知,随着温度升高,K2减小,则△H2>0,根据盖斯定律又得△H3=△H1+△H2,所以△H1<△H3

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8.氨的合成是最重要的化工生产之一.
Ⅰ.工业上合成氨用的H2有多种制取的方法:
①用焦炭跟水反应:C(s)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$  CO(g)+H2(g);
②用天然气跟水蒸气反应:CH4(g)+H2O(g) $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$ CO(g)+3H2(g)
已知有关反应的能量变化如图,且方法②的反应只能在高温下发生,则方法②中反应的△H=a+3b-c kJ/moL.

Ⅱ.在3个1L的密闭容器中,同温度下、使用相同催化剂分别进行反应:3H2(g)+N2(g) $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH3(g),按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,反应达到平衡时有关数据为:
容 器
反应物投入量3mol H2、2mol N26mol H2、4mol N22mol NH3
达到平衡的时间(min)        t58
平衡时N2的浓度(mol•L-1c13
N2的体积分数ω1ω2ω3
混合气体密度(g•L-1ρ1ρ2
(1)下列能说明该反应已达到平衡状态的是
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2    b.v(N2=3v(H2
c.容器内压强保持不变                         d.混合气体的密度保持不变
(2)甲容器中达到平衡所需要的时间t>5min (填>、<或=)
(3)乙中从反应开始到平衡时N2的平均反应速率0.2mol•L-1•min-1(注明单位).
(4)分析上表数据,下列关系正确的是c.
a.2c1=3mol/L         b.ω12       c. 2ρ12
(5)该温度下,容器乙中,该反应的平衡常数K=$\frac{4}{81}$(用分数表示)(mol/L)-2
(6)常温下NH4+(aq)+H2O(l)?NH3•H2O(aq)+H+(aq)的化学平衡常数为5.55×10-10 mol•L-1,则NH3•H2O的电离平衡常数K=1.80×10-5mol•L-1(保留三位有效数字).已知草酸的电离常数为:Ka1=5.9×10-2  Ka2=6.4×10-5,则草酸氢铵的水溶液中离子浓度由大到小的顺序是:c(NH4+)>c(HC2O4-)>c(H+)>c(C2O42-)>c(OH-).
Ⅲ.(1)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如图1所示.
电池正极的电极反应式是N2+6e-+8H+=2NH4+,A是NH4Cl.

(2)用氨合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(s)+H2O(g).工业生产时,原料气带有水蒸气.图2表示CO2的转化率与氨碳比$\frac{n(N{H}_{3})}{n(C{O}_{2})}$、水碳比$\frac{n({H}_{2}O)}{n(C{O}_{2})}$的变化关系.
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是Ⅲ.
②测得B点氨的转化率为40%,则x13.

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科目: 来源: 题型:解答题

7.汽车作为一种现代交通工具正在进入千家万户,汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体,其污染问题也成为当今社会急需解决的问题.
(1)对汽车加装尾气净化装置,可使CO、NOx有毒气体相互反应转化为无毒气体.
2xCO+2NOx═2xCO2+N2,当转移电子物质的量为0.4x mol时,该反应生成标准状况下的N2体积2.24L.
(2)一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料.可以还原金属氧化物,还可以用来合成很多有机物如甲醇等.在压强为0.1MPa条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
①该反应的平衡常数表达式为$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$.
②取一定体积CO和H2的混合气体(物质的量之比为1:2),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<0 (填“>”、“<”或“=”).
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对应的平衡常数大小关系为K>K(填“>”、“<”或“=”).
④若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是BD
A.升高温度                     B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大    D.再充入1mol CO和3mol H2
⑤经测定不同温度下该反应的平衡常数如表:
温度(℃)250300350
K2.0410.2700.012
若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO)=0.4mol/L、c(H2)=0.4mol/L、c(CH3OH)=0.8mol•L-1,则此时v正<v逆(填>、<或=).
(3)甲醇是重要的基础化工原料,又是一种新型的燃料,最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极加入甲醇,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-离子.该电池的正极反应式为O2+4e-=2O2-.电池工作时,固体电解质里的O2-向负极移动.

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同步练习册答案