- 焓变、反应热
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根据所学知识，完成下列问题：
（1）化学反应可视为旧键断裂和新键生成的过程。键能是形成（或拆开）1 mol化学键时释放（或吸收）的能量。已知白磷和其燃烧产物P4O6的分子结构如图所示，现提供以下键能（kJ· mol-1）： P－P：198， P－O：360， O－O：498，白磷(P4)燃烧的热化学方程式为 。
（2）化学能与电能之间可以相互转化，以Fe、Cu、C(石墨)、CuSO4溶液、FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液 、AgNO3溶液为原料，通过原电池反应实现2Fe3+ + Cu＝2Fe2+ + Cu2+,请你把下图补充完整，使之形成闭合回路，并用元素符号标明电极。甲池中电解液是 溶液；乙池中电解液是 溶液。（要求：甲、乙两池中电解质元素种类始终保持不变）
（3）某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物）其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
①对PM2.5空气样本用蒸馏水处理，制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：
根据表中数据判断该试样的酸碱性为 ，试样的pH值=
②已知气缸中生成NO的反应为：N2(g)+O2(g) 
若1 mol空气含有0.8 molN2和0.2 molO2,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得NO为8 × 10-4 mol.计算该温度下的平衡常数K= ___________；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是 。
正确答案
（1）P4(s) + 3O2(g) ＝P4O6(s) △H＝－1638kJ·mol－１（3分）
（2）甲池：CuSO4（1分） ；乙池：Fe2(SO4)3（1分），图像正确得2分。
（3）①酸性，4 （3分）
②4×10－6 ；该反应为吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡右移 （4分）
试题分析：（1）反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，则根据题意可知，该反应的反应热△H＝198kJ/mol×6＋498kJ/mol×3－360kJ/mol×12＝－1638kJ/mol，所以该反应的热化学方程式是P4(s) + 3O2(g) ＝P4O6(s) △H＝－1638kJ/mol。
（2）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。根据方程式可知，铜是还原剂，作负极。正极是溶液中的铁离子得到电子。所以根据电子的流向可知，甲中电极是负极，可选择铜做电极，电解质是硫酸铜。乙中电极是正极，可选择石墨作电极，电解质是硫酸铁。
（3）①根据溶液显中性可知，溶液中氢离子的物质的量浓度是4×10-5mol/L×2＋3×10-5mol/L＋2×10-5mol/L－4×10-6mol/L－6×10-6mol/L－2×10-5mol/L＝1×10-4mol/L，则溶液的pH＝4。
②反应前后体积不变，则可以设容器体积是1L，则
N2(g) + O2(g)
起始浓度（mol/L） 0.8 0.2 0
转化浓度（mol/L） 4×10-4 4×10-4 8×10-4
平衡浓度（mol/L） 0.8 0.2 8×10-4
所以该温度下的平衡常数K＝
由于该反应为吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，所以气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大。
点评：该题是高考中的常见题型，试题针对性强，贴近高考，有利于调动学生的学习兴趣，激发学生的学习积极性，有利于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。也有助于培养学生的环境保护意识和能源节约意识。
（1）已知： C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2＝＋131.3 kJ/mol
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，ΔH= ____ ___kJ/mol。
（2）在一恒容的密闭容器中，由CO和H2合成甲醇：CO(g)+2H2(g)
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是_______（填序号）。
A．每消耗1 mol CO的同时生成2molH2
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示。A、B两点的平衡常数K(A)_______K(B)（填“＞”、“=”或“＜”,下同）；由图判断ΔH _____0。
③某温度下，将2.0 mol CO和6.0 molH2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)="0.25" mol/L，则CO的转化率= ，此温度下的平衡常数K= （保留二位有效数字）。
（3）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，用煤炭气（CO、H2）作负极反应物，空气与CO2的混合气体为正极反应物，催化剂镍作电极，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物作电解质。负极的电极反应式为：CO+H2－4e-+2CO32-=3CO2+H2O；则该电池的正极反应式为 。
正确答案
（1）-524.8（2分）
（2）①c（2分）；② =（2分）；<（2分）；③75%（3分）； 1.3（2分）
（3）O2+4e-+2CO2=2CO32-（2分）
试题分析： （1）根据盖斯定律和已知方程式可得，ΔH=ΔH1－ΔH2 ＝－393.5 kJ/mol－131.3 kJ/mol="-524.8" kJ/mol。
（2）①A项每消耗1 mol CO的同时生成2molH2 表示的是正逆反应速率相等，所以反应达到平衡。
B．根据反应方程式中气体系数可知，该反应是前后气体的减少的反应，所以混合气体总物质的量不变时，反应达到平衡，B正确；
C．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率均表示正反应速率，不能说明反应达平衡，C错误；
D．反应中各物质的浓度不再变化是化学反应达到平衡的重要标志，D正确。
②反应的平衡常数只与温度有关，所以图像中A、B的温度相等，所以平衡常数也相等，即K(A)= K(B)；又可看出图像曲线随着温度升高，CO的转化率不断降低，所以温度升高对正反应不利，使平衡逆向移动，所以该反应的正反应是一个放热反应，ΔH <0。
③ CO(g) + 2H2(g)
初始浓度（mol/L）：1 3 0
转化浓度（mol/L）：0.75 2.25 0.75
平衡浓度（mol/L）：0.25 0.75 0.75
所以H2的转化率=0.75÷1×100%=75%
平衡常数K= c(CH3OH) / c(CO)c2(H2) ="0.75/" 0.752 0.25=1.3
（3）该电池的反应原理实质是用水煤气做燃料，制成一个燃料电池，所以电池总反应式就是水煤气的燃烧反应CO+H2 +O2=CO2+H2O，可以看出Li2CO3和Na2CO3只是做电解质并没有发生反应，所以根据已知得负极反应式消耗CO32-可推得正极反应式应生成CO32-，所以可得正极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32- 。
“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。
（1）写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式 。
已知： ① CO(g)+H2O(g)
② C(s)+2H2(g)
③ 2CO(g)
（2）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：2CO2(g) + 6H2(g)
①在其他条件不变时，请在上图中画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比[n(H2) / n(CO2)]变化的曲线图。
②某温度下，将2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是 ；
A. P3＞P2，T3＞T2 B. P1＞P3，T1＞T3 C. P2＞P4，T4＞T2 D. P1＞P4，T2＞T3
③在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢 气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 ；
A. 正反应速率先增大后减小
B. 逆反应速率先增大后减小
C. 化学平衡常数K值增大
D. 反应物的体积百分含量增大
E. 混合气体的密度减小
F. 氢气的转化率减小
（3）最近科学家再次提出“绿色化学”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式__ 。以此燃料电池作为外接电源按图所示电解硫酸铜溶液，如果起始时盛有1000mL pH＝5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO4足量），一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是 ；若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入 （填物质名称），其质量约为 g。
正确答案
（1）CO2(g)+4H2(g)
(2) ①画图（见图）（2分）
②BD （2分） ③ B （2分）
（3）CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ （2分）石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅（3分，按3个现象给分），氧化铜（或碳酸铜）（1分），4g（或6.2g）（1分）
试题分析：（1）已知：① CO(g)+H2O(g)
（2）①根据图像可知CO2的平衡转化率在温度一定的条件下随投料比的增大而增大。根据方程式可知投料比＝3时生成物的含量最高，所以虽然CO2的平衡转化率在温度一定的条件下随投料比的增大而增大，但二甲醚的体积分数只有在投料比＝3时最大，所以图像可以表示为见答案。
②对于反应：2CO2(g) + 6H2(g)
③A.正反应速率先增大后减小，说明反应向正反应方向移动，A不正确；B. 逆反应速率先增大后减小，说明反应向逆反应方向移动，B正确；C.化学平衡常数K值增大说明平衡向正反应方向移动，C不正确；D. 反应物的体积百分含量增大说明反应向正反应方向移动，D不正确；E. 密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此混合气体的密度始终不变，E不正确； F. 氢气的转化率减小，但平衡不一定向逆反应方向移动，例如通入氢气，氢气的转化率也较低，F不正确，答案选B。
（3）原电池中负极失去电子发生氧化反应，则以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池中甲醇在负极通入，负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；根据装置图可知，石墨是阳极，溶液中的OH－放电放出氧气。铁是正极，溶液中的铜离子放电析出铜，所以实验现象是石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅；电解产物是氧气、铜和稀硫酸，所以若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入氧化铜或碳酸铜。溶液中氢离子的物质的量是0.1mol/L×1L＝0.1mol，则根据方程式2CuSO4＋2H2O
工业制硝酸的主要反应为：4NH3（g）+5O2（g）
（1）已知氢气的燃烧热为285．8 kJ/mol。
N2（g）+3H2（g）=2NH3（g） △H=－92．4 kJ/mol;
H2O（1）=H2O（g）△H=+44．0 kJ/mol;
N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180．6 kJ/mol。
则上述工业制硝酸的主要反应的△H= 。
（2）在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：
①反应在第2 min到第4 min时，O2的平均反应速率为 。
②反应在第6 min时改变了条件，改变的条件可能是 （填序号）。
A．使用催化剂 B．升高温度 C．减小压强 D．增加O2的浓度
③下列说法中能说明4NH3（g）+5O2（g）
A．单位时间内生成n mol NO的向时，生成n mol NH3
B．条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化
C．百分含量w（NH3）=w（NO）
D．反应速率v（NH3）：u（O2）：v（NO）：v（H2O）=4：5：4：6
E．若在恒温恒压下容积可变的容器中反应，混合气体的密度不再变化
（3）某研究所组装的CH3OH－O2燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时，b口通入的物质为____ 。
②该电池正极的电极反应式为： 。
③以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理（装置如图所示）的过程中，发现溶液逐渐变浑浊并有气泡产生，其原因可能是 （用相关的离子方程式表示）。
正确答案
（1）－904.8kJ·mol－1 （2）①0.1875mol/(L·min) ②B ③ ABE
（3）①CH3OH ②O2＋4e－＋4H＋=2H2O ③Al3＋＋3HCO3－=Al(OH)3＋3CO2(Al－3e－＋3HCO3-Al(OH)3＋3CO2也给分)
试题分析：（1）H2（g）+1/2O2（g）═H2O（l）△H=－285.8kJ·mol－1①
N2（g）+3H2（g）2NH3（g） △H=－92．4 kJ/mol ②
H2O（1）H2O（g）△H=+44．0 kJ/mol ③
N2（g）+O2（g）2NO（g）△H=+180．6 kJ/mol ④
根据盖斯定律，由方程式①×6－②×2③×6+④×2得工业制硝酸的主要反应为：4NH3（g）+5O2（g）
（2））①氨气的平均化学反应速率为v=
②通过图表比较起始到第6min和第6min到第8min时知，反应物浓度变大和生成物浓度变小，逆向移动，所以改变的条件是升高温度；B正确，使用催化剂，平衡不移动，A错误；减小压强和增加O2的浓度，正向移动，CD错误；故答案为：B；
③A．单位时间内生成n mol NO的向时，生成n mol NH3，说明v正=v逆，A正确；
B．条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化，方程式两边气体的化学计量数之和不相等，气体的物质的量是个变化的量，气体的质量始终不变，所以混合气体的平均相对分子质量不变，证明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，B正确；
C．百分含量w（NH3）=w（NO），不能说明v正=v逆，C错误；
D．反应速率v（NH3）：u（O2）：v（NO）：v（H2O）=4：5：4：6，不能说明v正=v逆，D错误；
E．由于反应方程式两边气体的质量不变，容器的容积不变，所以混合气体的密度可变，因此混合气体的密度是一个变量，可以判断是否达到了平衡状态，E正确；
（3）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，氧气作正极，电解质中的阳离子移向正极，所以c口通入的物质为氧气，b口通入的物质为甲醇； ②该电池正极是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O2+4e－+4H＋=2H2O， ③在电解池中，金属铝为阳极，发生电极反应：Al→Al3＋+3e－，铝离子会和碳酸氢根离子之间发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，即Al3＋+3HCO3－=Al（OH）3↓+3CO2↑，溶液逐渐变浑浊，故答案为：Al3＋＋3HCO3－=Al(OH)3＋3CO2(Al－3e－＋3HCO3－=Al(OH)3＋3CO2)。
(15分)能源的开发、利用与人类社会的可持续发展息息相关，怎样充分利用好能源是摆在人类面前的重大课题。
I．已知：Fe2O3(s)+3C(石墨) =2Fe(s)+3CO(g) △H=akJ·mol-1
CO(g)+1／2O2(g)= CO2(g) △H=bkJ·mol-1
C(石墨)+O2(g)=CO2(g) △H=ckJ·mol-1
则反应：4Fe(s)+3O2(g)= 2Fe2O3(s)的焓变△H= kJ·mol-1。
Ⅱ．（1）依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 (填序号)。
A．C(s)+CO2(g)=2CO(g)
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
C．2H2O(l)= 2H2(g)+O2(g)
D．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应可以设计成一个原电池，请写出该原电池的电极反应。
负极： ，
正极： 。
（2）二氧化氯(ClO2)是一种高效安全的自来水消毒剂。ClO2是一种黄绿色气体，易溶于水。实验室以NH4Cl、盐酸、NaClO2为原料制备ClO2流程如下：
已知：电解过程中发生的反应为：
NH4Cl+2HCl
①写出电解时阴极的电极反应式 。
②在阳极上放电的物质(或离子)是 。
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是 (填序号)
A．生石灰 B．碱石灰 C．浓H2SO4 D．水
④在生产过程中，每生成1mol ClO2，需消耗 mol NCl3。
正确答案
Ⅰ、6（c－b）－2a（2分）；
Ⅱ、（1）D（2分），CH4－8e－+10OH－=CO32－+7H2O（2分）；O2+2H2O+4e－=4OH－（2分）；
（2）①2H＋+2e－=H2↑（2分）；②NH4Cl（NH4＋）（2分）；③C（1分）；④
试题分析：Ⅰ、①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=akJ•mol-1
②CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=bkJ•mol-1
③C（石墨）+O2（g）=CO2（g）△H=ckJ•mol-1
依据盖斯定律（③-②）×6-①×2得到4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）△H=6（c－b）－2a kJ•mol-1
Ⅱ、（1）设计成原电池需要是自发进行的氧化还原反应；
A．C（s）+CO2（g）=2CO（g）是非自发进行的氧化还原反应，故A不选；
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H2O（l），反应是复分解反应，不是氧化还原反应，故B不选；
C．2H2O（l）=2H2（g）+O2（g），反应是非自发进行的氧化还原反应，故C不选；
D．CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l），是自发进行的氧化还原反应，可以设计成原电池；故D选；
D反应是甲烷燃料电池，在碱溶液中甲烷燃料电池中燃料在负极发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；
负极电极反应为：CH4-8e－+10OH－=CO32－+7H2O；
正极电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－；
（2）NH4Cl+2HCl
①电解时阴极上是氢离子得到电子生成氢气，阴极的电极反应式为：2H＋+2e－=H2↑；
②电解时阳极上是铵根离子失去电子生成氢气，故答案为：NH4Cl（NH4＋）；
③A、ClO2易溶于水，不能利用碳酸钠溶液吸收氨气，故A错误；
B、碱石灰不能吸收氨气，故B错误；
C、浓硫酸可以吸收氨气，且不影响ClO2，故C正确；
D、ClO2易溶于水，不能利用水吸收氨气，故D错误；
故选：C；
④NCl3与NaClO2恰好反应生成ClO2，还生成氯化钠、NaOH，结合电子守恒可知，Cl元素的化合价升高，则N元素化合价降低，还生成氨气，则该反应的离子反应为NCl3+3H2O+6ClO2－=6ClO2↑+3Cl－+3OH－+NH3↑，生产过程中，每生成1mol ClO2，需消耗
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