- 焓变、反应热
- 共2059题
科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下 与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知：H2(g)、CO(g)和CH3OH（1）的燃烧热△H分别为-285.8 kJ
（1）用太阳能分解10mol H2O(1)消耗的能量是________kJ.
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：
__________________________________________________________________________.
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，
考查温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：
下列说法正确的是_______________（填序号）
①温度为
②该反应在
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系的温度从
（4）在
（5）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为___________________;正极的反应式为_____________________________________.理想状态下，该燃料电池消耗lmol甲醇所能产生的最大电能为701.8kJ，则该燃料电池的理论效率为_______________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。
正确答案
（1）2 858
（2）CH3OH（1）＋O2(g)===CO(g)＋2H2O（1） ΔH＝－443.5 kJ/mol
（3） ③④
（4） 1-α/2
（5） CH3OH+H2O=CO2+6H＋+6e- O2+6H＋+6e-=3H2O 96.6%
试题分析：(1)由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ·mol-1知，1mol H2（g）完全燃烧生成1mol H2O（1）放出热量285.8kJ，即分解1mol H2O（1）为1mol H2（g）消耗的能量为285.8kJ，分解10mol H2O（1）消耗的能量为2858kJ。
（2）写出燃烧热的热化学方程式：
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1 ①
CH3OH（1）+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O（1） △H=-726.5kJ·mol-1 ②
用②-①得：CH3OH（1）+ O2(g)="CO(g)+2" H2O（1） △H=-443.5kJ·mol-1
（3）根据题给图像分析可知，T2的反应速率大于T1，由温度升高反应速率增大可知T2>T1，因温度升高，平衡时CH3OH的物质的量减少，说明可逆反应CO2+3H2 CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，T1时的平衡常数比T2时的大，③、④正确，②错误。①中反应速率的单位错误，应为mol·min-1，①错误；选③④。
（4）利用化学平衡的三段模式法计算：
CO2 (g)+3H2(g)= CH3OH(g) +H2O(g)
起始 1 3 0 0
变化 a 3 a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根据压强之比等于物质的量之比，则容器内的压强与起始压强之比为：(4-2a)/4=1-a/2
（5）燃料电池是原电池的一种，负极失电子，发生氧化反应；正极得电子，发生还原反应，在酸性介质中，甲醇燃料电池的负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H＋，正极反应式为 O2+6H＋+6e-=3H2O。该电池的理论效率为消耗1mol甲醇所能产生的最大电能与其燃烧热之比，为702.1/726.5=96.6%。
（I）下图是工业生产硝酸铵的流程。
（1）吸收塔C中通入空气的目的是 。A、B、C、D四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是 （填字母）。
（2）已知：4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) +6H2O(g) △H =－1266.8kJ/mol
N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △H =" +180.5" kJ/mol
写出氨高温催化氧化的热化学方程式：
（II）某合作小组同学将铜片加入稀硝酸，发现开始时反应非常慢，一段时间后反应速率明显加快。该小组通过实验探究其原因。
（3）该反应的离子方程式为___________________________________________________。
（4）提出合理假设。该实验中反应速率明显加快的原因可能是_____________________。
A．反应放热导致温度升高 B．压强增大
C．生成物有催化作用 D．反应物接触面积增大
（5）初步探究。测定反应过程中溶液不同时间的温度，结果如下表：
结合实验目的和表中数据，你得出的结论是__________________________________。
（6）进一步探究。查阅文献了解到化学反应的产物（含中间产物）可能对反应有催化作用，请完成以下实验设计表并将实验目的补充完整：
正确答案
（I）（1）使NO全部转化成HNO3 （或提供O2氧化NO）（2分）； ABC（2分）（少1个扣1分，多1个没有分）
（2）4NH3（g）+5O2（g）
（II）（3）3Cu＋8H＋＋2NO3－＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O （3分）
（4）AC（2分）
（5）温度不是反应速率明显加快的主要原因。（2分）
（6）（2分）
试题分析:（1）在整个生产流程中，第一次通入空气为了提高氨气的转化率，第二次是为了提高一氧化氮生成硝酸的转化率；整个流程中涉及的反应方程式有：①N2+3H2⇌2NH3②4NH3+5O2 =4NO+6H2O③2NO+O2═2NO2④3NO2+H2O═2HNO3+NO
⑤4NO2+O2+H2O═4HNO3⑥NH3+HNO3═NH4NO3，其中①②③④⑤属于氧化还原反应，即ABC属于氧化还原反应。
（2）氨高温催化氧化的热化学方程式可由①+2×②可得4NH3（g）+5O2（g）＝ 4NO（g）+6H2O（g），所以△H=－1266.8kJ/mol+2×180.5 kJ/mol=－905.8kJ/mol
（3）铜与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO3－ ＝ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
（4）影响化学反应速率的因素有压强、浓度、温度、催化剂、接触面积等，但是在铜与稀硝酸的反应中，压强不影响，硝酸的浓度随反应进行减小，铜的接触面积也减小，因此浓度、接触面积都不会加快反应速率；但是金属与酸的反应是放热反应，所以有可能是温度升高加快了反应速率，也有可能是生成物具有催化作用，生成的物质作催化剂加快了反应，故选AC。
（5）从表格中数据可知反应的80min中温度升高不多，因此温度对反应速率影响不大，不是主要因素。
（6）排除了温度因素后，探究生成物对反应的催化作用，所以生成物中或中间产物中可能有催化作用的是Cu2＋ 和亚硝酸根，所以控制变量进行探究，实验①和②探究Cu2＋的影响，实验①和③探究亚硝酸根的影响。
I．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。工业上可用下列两种反应制备甲醇：
已知：CO(g) + 2H2(g) 
CO2(g) ＋ 3H2(g)
2H2(g)+ O2(g)=2H2O(g) ΔH3
则2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) 的反应热ΔH=____ ___（用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示）。
II．工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH4(g)+H2O(g)
已知温度、压强和水碳比[n(H2O)/ n(CH4)]对甲烷平衡含量的影响如下图：
图1（水碳比为3） 图2（800℃）
（1）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是 。
（2）其他条件不变，请在图2中画出压强为2 MPa时，CH4平衡含量与水碳比之间关系曲线。（只要求画出大致的变化曲线）
（3）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH4与1mol H2O在1L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH4的转化率为80%，求这6分钟H2的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字。）
III．某实验小组设计如图a所示的电池装置，正极的电极反应式为____ ____。
正确答案
（16分）
I．2ΔH1－2ΔH2+ΔH3（3分）
II．（1）其他条件不变，升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动。（或描述降温的变化，3分）
（2）如下图（2分）（形状1分，标注1分）
（3）计算过程为：（格式2分，速率1分，常数2分，共5分）
CH4(g)+H2O(g)
起始浓度（mol/L） 1 1 0 0
变化浓度（mol/L）0.8 0.8 0.8 2.4
平衡浓度（mol/L）0.2 0.2 0.8 2.4
（平衡常数没写单位不扣分）
III．O2 + 2H2O + 4e－=4OH－（3分）
试题分析：I．先将4个热化学方程式依次编号为①②③④，再观察、比较后可得：①×2—②×2+③=④，由盖斯定律可知，④的焓变=①的焓变×2—②的焓变×2+③的焓变=2ΔH1－2ΔH2+ΔH3；II．（1）先读图1，发现在1Mpa或2Mpa、600℃～1000℃时，随着温度的升高，甲烷平衡含量均逐渐减小，说明平衡向正反应方向移动；再根据温度对化学反应速率和化学平衡的影响规律，当其他条件不变时，升高温度，反应速率加快，平衡向吸热反应方向或正反应方向移动，则甲烷蒸气转化为氢气的正反应是吸热反应；（2）画图要点：①甲烷蒸气转化为氢气的正反应是气体体积增大的反应，当温度和水碳比保持不变时，增大压强，平衡向气体体积减小方向或逆反应方向移动，则甲烷平衡含量增大，因此2MPa时甲烷平衡含量与水碳比之间关系曲线一定高于1MPa时甲烷平衡含量与水碳比之间关系曲线；②当温度和压强保持不变时，随着水碳比的增大，甲烷平衡含量逐渐减小；（3）依题意可知该可逆反应中各组分起始、变化、平衡浓度，则：
CH4(g)+H2O(g)
起始浓度（mol/L） 1 1 0 0
变化浓度（mol/L） 0.8 0.8 0.8 2.4
平衡浓度（mol/L） 0.2 0.2 0.8 2.4
根据平均反应速率的定义式，v(H2)=
根据化学平衡常数的定义式，K=
III．甲醇燃料电池中正极的主要反应物为氧气，氧元素由0降为—2价，则1个氧气分子得到4个电子，在KOH溶液中只能用氢氧根离子使反应物和产物的电荷守恒，则O2+4e－→4OH－；左边比右边少4个H、2个O原子，根据氢、氧原子个数守恒可知反应物中还有2H2O，则正极反应式为O2 +4e－+2H2O =4OH－。
（14分）研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
（1）已知石墨的标准燃烧热为y kJ·mol－1，1.2g石墨在1.68L（标准状况）氧气中燃烧，至反应物耗尽，放出x kJ热量。则石墨与氧气反应生成CO的热化学方程式为 ，
（2）高温时，用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO2和SO3，此时反应的化学方程式是 。
②由MgO可制成“镁—次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图1，该电池反应的离子方程式为 。
图1 图2 图3
（3）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) 
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②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的关系曲线如图2所示，则上述CO2转化为甲醇反应的ΔH (填“>” “<”或“＝”)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3所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ KⅡ(填“>” “<”或“＝”)。
④一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式投入反应物，一段时间后达到平衡。
若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行，则c的取值范围为 。
正确答案
（1）C(石墨) +1/2O2(g) = CO(g) △H 2=" -(20x-y)" kJ·mol－1（2分）
（2）①2MgSO4 + CO ="====" 2MgO + SO2 + CO2 + SO3（2分）。
②Mg + ClO- + H2O = Cl- + Mg(OH)2（2分）。
（3）①
②＜ （2分）
③> （2分）
④0.4＜ c≤1 （2分）
试题分析：（1）该反应式可由C（石墨）+O2（g）=CO2（g）；△H１=－y kJ·mol－1，和C(石墨) +1/2O2(g) = CO(g)；此反应碳过量，氧气不足，所以只反应了1.68/22.4=0.075mol，而1mol的反应放热应该为x*（1.5/0.075）=20x;再根据盖斯定理，△H 2="-(20x-y)" kJ·mol－1，最终答案为C(石墨) +1/2O2(g) = CO(g) △H 2=" -(20x-y)" kJ·mol－1；（2）①根据电子得失守恒，确定硫酸镁与二氧化硫和三氧化硫的计量数，再写方程。2MgSO4 + CO ="====" 2MgO + SO2 + CO2 + SO3。②先可以从图中看出得失电子的离子，再确定正负极的电极方程式，最后写总反应式：Mg + ClO- + H2O = Cl- + Mg(OH)2。（3）①根据公式可以写出：
CO2(g) +3H2(g)
始 1mol 3mol 0 mol 0 mol
变 x mol 3x mol x mol x mol
终 1-x 3-3x x x
由于压强是原来的0.8 ，所以[（1-x）+（3-3x）+x+x]/4=0.8算得x=0.4mol,根据等体积的等效平衡，各物质的量相同才可以，所以c的最大值是1mol,而保持平衡一开始向逆方向移动，所以c大于0.4mol。
点评：本题综合热化学方程式的书写，盖斯定理和化学平衡状态的判断和计算，整体难度不大，计算也是使用较常规的三段式的方法，关键在于抓住等体积时等效平衡需要物质的量与原体系相同，两者才等效。
生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO2、H2等)与H2混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH3OCH3）及许多烃类物质等，是生物质能利用的方法之一.
（1）已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表:
反应：CO(g)+H2O(g)
（2）甲醇是一种重要的能源和化工原料，工业上合成甲醇的反应为：CO+2H2⇌CH3OH．现已知：H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则：CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学反应方程式 .
（3）在一定温度、压强和催化条件下，工业上用CO和H2反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为： ．
（4）下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．a电极上发生反应的电极反应式为 .
（5）连接下图右装置的电源为（4）问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后，观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色，并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中 电极（填a或b）相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为： .
正确答案
（1）＜； 0.36 （2）CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）；△H=-443.5KJ/mol
（3）3CO+3H2 =（CH3）2O+CO2或者2CO+4H2 =（CH3）2O+ H2O，
（4）（CH3）2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+（5）b Cu+2H+
试题分析：K1="{" C(CO)·C(H2)} /C(H2O);K2=" {" C(CO2)·C2(H2)} /C2(H2O) ②-①整理得：CO(g)+H2O(g) 
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