1. (1)CH₃OH(l)+ O₂(g)CO₂(g)+2H₂O(l)

ΔH=-725.8 kJ·mol^-1　(2)①<　无副产物生成,原子利用率高　②BD　③ 　④CH₃OH+H₂O-6e^-6H⁺+CO₂

8. 甲酸甲酯水解的化学方程式为HCOOCH₃(l)+H₂O(l)HCOOH(l)+CH₃OH(l)　ΔH>0。某小组通过实验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不计)。反应体系中各组分的起始量如下表:

甲酸甲酯转化率在温度T₁下随反应时间(t)的变化如下图:

(1)根据上述条件,计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率,结果见下表:

请计算1520 min范围内甲酸甲酯的减少量为　　mol,甲酸甲酯的平均反应速率为　　mol·min^-1。(不要求写出计算过程)

(2)依据以上数据,写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因: 　　　　　。

(3)上述反应的平衡常数表达式为　 则该反应在温度T₁℃下的K值为　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。

(4)其他条件不变,仅改变温度为T₂℃(T₂>T₁),请在上图中画出温度T₂℃下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

专题九　化学反应原理综合题型研究

7. 科学家一直致力研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道:在常温、常压、光照条件下,N₂在催化剂(掺有少量Fe₂O₃的TiO₂)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH₃。进一步研究NH₃生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N₂压力1.0×10⁵ Pa、反应时间3 h):

相应的热化学方程式如下:

N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)　ΔH=+765.2 kJ·mol^-1

回答下列问题:

(1)请在坐标图中画出上述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。

(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议:　。

(3)工业合成氨的反应为N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N₂(g)和1.60 mol H₂(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH₃的物质的量分数(NH₃的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算:

①该条件下N₂的平衡转化率。

②该条件下反应2NH₃(g)N₂(g)+3H₂(g)的平衡常数。

6. 将煤气化转化成合成气,然后通过一碳化工路线合成各种油品和石化产品是一碳化工的极为重要的领域,具有广阔的前景,在未来相当一段时期将成为一碳化工的主要领域。除去水蒸气后的水煤气含55%59%的H₂,15%18%的CO,11%13%的CO₂,少量的H₂S、CH₄,除去H₂S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH₄转化成CO,得到CO、CO₂和H₂的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成。水煤气法制甲醇的工艺流程图如下:

(1)制水煤气的主要化学方程式为C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g),此反应是吸热反应。

①此反应的化学平衡常数表达式为　　　。

②下列能增大碳的转化率的措施是　　(填字母)。

A. 加入C(s)　　B. 加入H₂O(g)　　C. 升高温度　　D. 增大压强

(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CH₄(g)+ 　O₂(g)CO(g)+2H₂O(g)

ΔH=-519 kJ·mol^-1。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T₁℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×10⁵倍

②Y在T₂℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×10⁵倍

③Z在T₃℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×10⁶倍

已知:T₁>T₂>T₃,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”、“Y”或“Z”),选择的理由是　。

(3)合成气经压缩升温后进入10 m³甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应如下:2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)　ΔH =-90.8 kJ·mol^-1,T₄℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H₂,反应进行到某时刻测得各组分的浓度如下:

比较此时正、逆反应速率的大小:v_正　　(填“>”、“<”或“=”)v_逆。

(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是　。

5. (2011·浙江高考)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH₂COONH₄)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。

(1)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH₂COONH₄(s)2NH₃(g)+CO₂(g)。

实验测得不同温度下的平衡常数列于下表:

①可以判断该分解反应已经达到平衡的标志是　　(填字母)。

A. 2v(NH₃)=v(CO₂)　　　　　　B. 密闭容器中总压强不变

C. 密闭容器中混合气体的密度不变　　　　　 D. 密闭容器中氨气的体积分数不变

②根据表中数据,列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数:　。

③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积、氨基甲酸铵固体的质量　　(填“增加”、“减少”或“不变”)。

④氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH　　(填“>”、“=”或“<”,下同)0。熵变ΔS　　0。

(2)已知:NH₂COONH₄+2H₂ONH₄HCO₃+NH₃·H₂O。该研究小组分别用三种不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率,得到c(NH₂COO^-)随时间的变化趋势如右图所示。

①计算25.0 ℃时,06 min氨基甲酸铵水解反应的平均速率:　　　　　。

②根据图中信息,如何说明该水解反应速率随温度升高而增大?　　　　　　　　　　　　　　。

4. 硼酸在玻璃制造和医药领域应用广泛。

(1)元素周期表中存在“对角线”规则,硼与硅的某些化学性质类似,写出硼酸(H₃BO₃)加热至300 ℃时分解得到相应氧化物的化学方程式:　　　　　　。

(2)硼酸(H₃BO₃)溶液中存在如下反应:

H₃BO₃(aq)+H₂O(l)[B(OH)₄]^-(aq)+H⁺(aq)　K=5.7×10^-10(298 K)

①实验中不慎将NaOH沾到皮肤时,用大量水洗后要涂上硼酸溶液。写出硼酸与NaOH反应的离子方程式:　　　　　　　　。

②计算25 ℃时0.7 mol·L^-1硼酸溶液中H⁺的浓度。(写出计算过程,计算结果保留一位小数)

(3)已知298 K碳酸、醋酸的电离常数,下列说法中正确的是　　(填字母)。

A. 碳酸钠溶液滴入硼酸中能观察到有气泡产生

B. 碳酸钠溶液滴入醋酸中能观察到有气泡产生

C. 等物质的量浓度的碳酸溶液和硼酸溶液比较,pH:前者>后者

D. 等物质的量浓度的碳酸氢钠溶液和醋酸钠溶液比较,pH:前者>后者

3. (2011·南京三模)随着氮氧化物污染的日趋严重,国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前,消除氮氧化物污染有多种方法。

(1)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)　ΔH。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(T₁℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

①T₁℃时,该反应的平衡常数K=　　　(保留两位小数)。

②30 min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是　　　。

③若30 min后升高温度至T₂℃,达到平衡时,容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5∶3∶3,则该反应的ΔH　　0(填“>”、“=”或“<”)。

(2)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=-1 160 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:　　　　　　　　　。

(3)以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如右图所示,在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y,有关电极反应式为　　　　　　　。

2. (2012·徐州模拟)通常状况下,过氧化氢是一种无色透明的液体,在实验室和生产中应用广泛。

(1)火箭推进器中分别装有联氨(N₂H₄)和过氧化氢,它们发生反应的热化学方程式如下:

N₂H₄(l)+2H₂O₂(l)N₂(g)+4H₂O(g)　ΔH=-642.2 kJ·mol^-1

又知:2H₂O₂(l)2H₂O(l)+O₂(g)　　 ΔH=-196.4 kJ·mol^-1

H₂O(l)H₂O(g)　　　 ΔH=+44.0 kJ·mol^-1

请写出N₂H₄(l)与O₂(g)反应生成N₂(g)和H₂O(l)的热化学方程式:　。

(2) H₂O₂是一种二元弱酸,其第一步电离的电离方程式为　。

(3)过二硫酸铵法是目前最流行的制备H₂O₂的方法,即电解含 H₂SO₄的(NH₄)₂SO₄溶液制取(NH₄)₂S₂O₈,如右图所示,再加热水解即可得H₂O₂和(NH₄)₂SO₄。

①电解时,阳极的电极反应式为　。

②写出生成H₂O₂的反应的化学方程式:　　　　　　　　　。

(4) Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe²⁺浓度的废水中加入H₂O₂,所产生的羟基自由基能降解有机污染物pCP。控制pCP的初始浓度相同,在不同实验条件下进行如下实验,测得pCP的浓度随时间变化关系如右图所示。

①请根据实验Ⅰ的曲线,计算降解反应在50150 s内的反应速率v(pCP)=　　mol·L^-1·s^-1。

②实验Ⅰ、Ⅱ表明,升高温度,降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请分析原因:　　　　　　　　　　　　。

③实验Ⅲ得出的结论是:pH=10时,　　　　　。

1. 甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。

(1)已知在常温常压下:

①2CH₃OH(l)+3O₂(g)2CO₂(g)+4H₂O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ·mol^-1

②H₂O(l)H₂O(g)　 ΔH=+44.0 kJ·mol^-1

写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式:　　　　　　　　　。

(2)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:

反应A:CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)　ΔH₁

反应B:CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)　 ΔH₂

①取五份等体积CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如右图所示,则上述CO₂转化为甲醇的反应的ΔH₁　　(填“>”、“=”或“<”)0。相对于反应A,反应B的优点是　　　　　。

②对于反应A,若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是　　(填字母)。　

A. 升高温度　　　　　 B. 增加CO₂的量

C. 充入He,使体系总压强增大　　　　 D. 按原比例再充入CO₂和H₂

③某温度下,将4 mol CO和12 mol H₂充入2 L密闭容器中发生反应B,达到平衡后,测得c(CO)=0.5 mol·L^-1,则该温度下反应的平衡常数为　　。

④某种甲醇-空气燃料电池是采用铂作为电极,稀硫酸作电解质溶液。其工作时负极的电极反应式可表示为　　　　　　　　。

12. (1) C+H⁺HC

HC+H⁺CO₂↑+H₂O

(2)