- 焓变、反应热
- 共2059题
煤制备CH4是一种有发展前景的新技术。
I. 煤炭气化并制备CH4包括以下反应:
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2 (g) ΔH 1 = +131 kJ/mol
CO(g) + H2O(g)=CO2 (g)+ H2(g) ΔH 2 = −41 kJ/mol
CO(g) + 3H2 (g)=CH4 (g)+ H2O(g) ΔH 3 = −206 kJ/mol
(1)写出煤和气态水制备CH4(产物还有CO2)的热化学方程式 。
(2)煤转化为水煤气(CO和H2)作为燃料和煤直接作为燃料相比，主要的优点有 。
(3)写出甲烷—空气燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)中负极的电极反应式 。
II. 对以上反应CO(g) + H2O(g) 
(1)实验①中c(CO2)随时间变化的关系见下图，请在答题卡的框图中，画出实验②和③中c(CO2)随时间变化关系的预期结果示意图。
(2)在与实验①相同的条件下，起始时充入容器的物质的量：n(CO)=n(H2O)=n(CO2) =n( H2)=1.00mol。通过计算，判断出反应进行的方向。（写出计算过程。）
正确答案
I.（1）2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g) ΔH = +15 kJ/mol （3分 ）
(2)提高煤的利用率（节约能源或节约资源）（1分）、减少污染。（1分）
(3)CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O（2分）
II. (1) 如图所示
(2)Q＞ K 反应向逆反应方向（生成CO和H2O的方向）进行 （1分）
试题分析： I. (1) 根据盖斯定律和已知方程式，煤和气态水制备甲烷的热化学方程式可由方程式①×2+②+③而得，所以ΔH=2ΔH 1+ ΔH 2+ΔH 3 = +15 kJ/mol ，所以热化学方程式为：2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g) ΔH = +15 kJ/mol 。
(2) 煤气化后生成水煤气再燃烧比直接燃烧煤更加充分，提高能源利用率，同时燃煤容易产生酸雨，所以燃烧水煤气还可以减少污染。
(3)用甲烷作燃料制成的碱性燃料电池中，甲烷失电子生成的CO2气体会与溶液中的碱性介质进一步反应生成CO32-，所以其负极的反应式为：CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
II. (1) CO(g) + H2O(g)
(2)整体思路：先根据实验①充入的物质的物质的量和平衡时候CO2的浓度计算出在相同温度下的平衡常数K，然后比较此时的浓度商Q与实验①的K值的大小，从而得出反应进行的方向。
计算过程为：
(2) 平衡时n(CO2)=0.20mol/Lx2.0L=0.40mol
CO(g) + H2O(g) 
起始物质的量/mol 1.00 1.00 1.00 1.00
变化物质的量/mol 0.40 0.40 0.40 0.40
平衡物质的量/mol 0.60 0.60 0.40 0.40 （1分）
K=
Q=
Q＞ K 反应向逆反应方向（生成CO和H2O的方向）进行 （1分）
污染与环境保护已经成为现在我国最热门的一个课题，污染分为空气污染，水污染，土壤污染等。
（1）为了减少空气中SO2的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H2(g)＋
C(s)＋
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式： 。
该反应的平衡常数表达式为K＝ 。
②洗涤含SO2的烟气。以下物质可作洗涤剂的是 （选填序号）。
a．Ca(OH)2 b．CaCl2 c．Na2CO3 d．NaHSO3
（2）为了减少空气中的CO2，目前捕碳技术在降低温室气体排放中具有重要的作用，捕碳剂常用(NH4)2CO3，反应为：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)＝2NH4HCO3(aq) ΔH3为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体（用氮气作为稀释剂），在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，其关系如图，则：
①ΔH3 0(填“＞”、“＝”或“＜”)。
②在T4～T5这个温度区间，容器内CO2气体浓度变化趋势的原因是： 。
（3）催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
①催化反硝化法中，用H2将NO3-还原为N2，一段时间后，溶液的碱性明显增强。则反应离子方程式为： 。
②电化学降解NO3-的原理如图，电源正极为： （选填填“A”或“B”），阴极反应式为： 。
正确答案
（1）① C(s)＋H2O(g) ＝ CO(g) ＋H2(g) ΔH＝＋131.3kJ·mol－1 k＝c CO)·c( H2)/c(H2O)
② a c（各1分）
（2）① <
② T4～T5 反应达平衡，正反应为放热反应，随着温度的升高，平衡逆向移动，CO2的吸收效率降低（或NH4HCO3部分分解，意思相近均给分）。
（3）①2 NO3－＋5H2N2＋2OH－＋4H2O
②A 2 NO3－＋12 H+＋10e－= N2↑＋6H2O
试题分析：（1）①两个给出的热化学方程式下式减上式即得C(s)＋H2O(g) ＝ CO(g) ＋H2(g) ΔH＝＋131.3kJ·mol－1；②试剂Ca(OH)2、Na2CO3与二氧化硫反应，可以作为其吸收剂；（2）①该图是相同时间时测定的二氧化碳的浓度，温度越高反应速率越快，先打到平衡，所以图像从T3为界，后面是平衡曲线，据此分析温度高二氧化碳含量高平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH3< 0；②T4～T5 反应达平衡，正反应为放热反应，随着温度的升高，平衡逆向移动，CO2的吸收效率降低；（3）该反应氢气化合价升高，根据溶液碱性增强，考虑生成OH－，由此书写方程式；②在与B相连的电极NO3－得到电子生成N2，为阴极，故A为正极，B为负极。
（15分）资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。
（1）以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知：
①2NH3（g）＋ CO2（g）＝ NH2CO2NH4（s） △H ＝ -159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4（s）＝ CO(NH2)2（s）＋ H2O（g） △H ＝ +116.49 kJ·mol-1
③H2O（l）＝ H2O（g） △H ＝+88.0 kJ·mol-1
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式 。
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：
CO2(g)+4H2(g)
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2：0.2mol·L—1，H2：0.8mol·L—1，CH4：0.8mol·L—1，H2O：1.6mol·L—1，起始充入CO2和H2的物质的量分别为 、 。CO2的平衡转化率为 。
②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充入1 molCO2,和4 molH2，在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g) ，300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是 （填字母）。
（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2零排放，其基本原理如图所示：
①上述生产过程的能量转化方式是 。
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为 ，阴极的电极反应式为 。
正确答案
（1）2NH3（g）＋ CO2（g）＝CO(NH2)2（s）＋H2O（l）△H ＝—130.98 kJ·mol－1 （3分）
（2）①2mol（1分）；8mol（1分）；80% （2分） ②CD（2分）
（3）①太阳能和电能转化为化学能（2分）
②2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑（2分）；3CO2+4e－=C+2CO32－（2分）
试题分析：（1）由①＋②－③可得：2NH3(g)＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝—130.98 kJ·mol－1 （3分）
（2）①假设起始的二氧化碳的物质的量为xmol，氢气的物质的量为ymol：
CO2(g) + 4H2(g)
起始物质的量： xmol ymol 0 0
转化物质的量： 1.6mol 6.4mol 1.6mol 3.2mol
平衡物质的量： 0.4mol 1.6mol 1.6mol 3.2mol
那么：x＝0.4mol＋1.6mol＝2.0mol y＝6.4mol＋1.6mol＝8.0mol
CO2的平衡转化率为：
②A、容器I、II中的起始反应物不一样，因此正反应速率不一定相等，错误；B、如果不是一个绝热容器，那么在两个容器中按题中的投料是等效平衡，也就是说两个容器中甲烷的含量应该相等，但这是一个绝热的容器，如果是二氧化碳和氢气生成甲烷和水，正反应是放热反应，放出的热量使容器温度升高，升高温度会使得平衡逆向移动，使得甲烷的含量比前述的等效平衡时的要低，而投入甲烷和水，生成的是二氧化碳和氢气，要吸热，使得体系的温度降低，而温度的降低使得平衡正向移动，使得甲烷的含量比前述的等效平衡时的要高，因此容器I、II中CH4的物质的量分数不相同，错误；C、容器I中是在前述等效平衡的基础上逆向移动，容器II中是在前有识述等效平衡的基础上正向移动，所以容器I中CO2的物质的量比容器II中的多，正确；D、如果按照等效平衡来考虑的话，容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和等于1，但这是在绝热容器中，是在等效平衡的基础上又分别进行了移动，因此，容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1，正确。
（3）①从图中可知装置是将太阳能和电能转化为化学能（2分）
②阳极是失去电子的反应：2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑；阴极是得到电子的反应，得电子的物质只能是二氧化碳：3CO2+4e－=C+2CO32－。
合成氨然后再生产尿素是最重要的化工生产。
I．在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：
3H2(g) + N2(g)
（1）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v(H2)=___________。
（2）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K= (用含c1的代数式表示)。
（3）分析上表数据，下列关系正确的是________（填序号）：
a．2c1 > 1.5 b．2ρ1 = ρ2 c．ω3 = ω1
II．工业上用氨气合成尿素（H2NCONH2）的反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH3(l)＋CO2(g)
第二步：H2NCOONH4(l)
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如左下图I所示：
①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第 步反应决定。
②第二步反应的平衡常数K随温度T的变化如右上图II所示，则△H2 0；③若第一步反应升温时氨气浓度增大，请在图II中画出第一步反应K1随温度T变化曲线，并作出必要的标注。
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工业尾气中的NO、NO2，将其转化为N2。
①尿素与NO、NO2三者等物质的量反应为：CO(NH2)2+NO+NO2 =CO2+2N2+2H2O
该反应中的氧化剂为 （写化学式）。
②已知：N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H ="a" kJ·mol－1
N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g) △H2="bkJ·" kJ·mol－1
2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g) △H=" c" kJ·mol－1
则4NH3(g) +4NO(g) +O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H= 。
③尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极电极反应式可表示为 。
正确答案
（16分）
I．（共8分）（1）0.3 mol·L－1· min－1（2分）[数据正确1分，单位1分]
（2）
（3） ab（2分，选1个且正确1分，错1个0分）
II．（共8分）（4）①二（1分，从氨、CO2曲线下降及氨基甲酸铵曲线升高看出第一步是快反应；从尿素曲线升高缓慢看出第二步是慢反应） ②＞（1分）
③
（5）①NO、NO2（2分，对1个给1分，错1个0分）
② (3c—2a—2b)（2分）
③CO(NH2)2+H2O—6e－=CO2+N2+6H+（2分）
[以下化学方程式或离子方程式：如果2分，化学式1分、系数和条件合起来1分。如果是3分：无条件的方程化学式2分、系数1分；有条件的方程化学式1分、系数1分、条件1分]
答：-1446.6kJ·mol－1答案：CO(NH2)2+H2O—6e－=CO2+N2+6H+
试题分析：（1）先用定义式求v(N2)，再用系数之必等于速率之比求v(H2)，由于n/V=c，则乙容器中氮气的起始浓度为2mol/L，v(N2)=△c(N2)/△t=(2—1.5)mol/L÷5min=0.1mol/(L•min)，由于v(H2)/v(N2)=3/1，则v(H2)=3v(N2)= 0.3mol/(L•min)；（2）用三行数据法和定义式求甲容器中反应的平衡常数，则：
3H2(g) + N2(g) 
起始浓度/mol•L－1 1.5 1 0
变化浓度/mol•L－1 3—3c1 1—c1 2—2c1
平衡浓度/mol•L－1 3c1—3 c1 2—2c1 （2分）
K=
（3）对比甲、乙容器，其他条件保持不变时，平衡时将甲容器容积减半，就能变为乙平衡，容积减半可以使氮气、氢气、氨气浓度都立即加倍，增大反应体系的压强，因为合成氨是气体体积缩小的反应，则平衡向正反应方向移动，达到新平衡时氮气的浓度减小，因此2c1 > 1.5，故a选项正确；对比甲、乙容器，由于反应物和生成物都是气体，反应前后气体物质的总质量不变，甲容器中混合气体总质量是乙的一半，两容器容积均为2L，由于混合气体的密度等于质量除以容器容积，则乙容器种混合气体密度是甲的2倍，故b选项正确；对比甲、丙容器可知，其他条件保持不变，丙容器中反应达到平衡后加入1molN2时，所达平衡与甲容器中平衡等效，由于平衡时加入了氮气，增大氮气浓度，使平衡向生成氨气的方向移动，则氨气的体积分数增大，因此甲丙容器中氨气的体积分数不相等，故c选项错误；
（4）①读图，从氨、CO2曲线快速下降及氨基甲酸铵曲线快速升高看出第一步是快反应；从尿素曲线升高缓慢看出第二步是慢反应，因此合成尿素总反应的快慢由第二步反应决定；②读图可知，升高温度，平衡常数K逐渐增大，根据化学平衡移动原理和平衡常数计算表达式可知，前者使平衡向吸热反应方向移动，后者说明平衡向正反应方向移动，则正反应是吸热反应，焓变大于0；依题意，氨气浓度增大，说明第一步反应所达平衡向逆反应方向移动，则第一步反应的平衡常数逐渐减小，由此可以在图II中画出第一步反应的平衡常数K1随温度升高而逐渐减小的曲线；
（5）①观察化学方程式，由于尿素中C、H、O的化合价分别为+4、+1、—2价，各元素化合价代数和为0，则氮元素为—3价，氮元素由尿素中的—3价升为0价，被氧化，则尿素是还原剂，氮元素由NO中的+2价降为0价，NO2中的+4价降为0价，均被还原，则NO、NO2都是该反应的氧化剂；②先将已知热化学方程式编号为①②③，观察发现③×3—①×2—②×2可以约去6H2(g)，根据盖斯定律，可以得到热化学方程式：4NH3(g) +4NO(g) +O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H=" (3c—2a—2b)" kJ·mol－1；读图可知，负极主要反应物和产物分别为CO(NH2)2、N2，氮元素由—3价升为0价，根据电子守恒可得：CO(NH2)2—6e－→N2；根据质子交换膜必须用氢离子使左右电荷守恒，则CO(NH2)2—6e－→N2+6H+；根据H、O、C原子个数守恒，则CO(NH2)2+H2O—6e－=CO2+N2+6H+。
高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe2O3(s)+3CO(g) 
（1）已知：
①Fe2O3(s)+3C(石墨) = 2Fe(s)+3CO(g) ΔH1 =" +" 489.0 kJ mol－1
②C(石墨)+CO2(g) = 2CO(g) ΔH2 =" +" 172.5 kJ mol－1
则a = kJ mol－1。
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K = ，温度升高后，K值 （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。
① 甲容器中CO的平衡转化率为 。
② 下列说法正确的是 （填字母）。
a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态
b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
c．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2∶3
d．增加Fe2O3可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀。下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。
①在a～c装置中，能保护铁的是 （填字母）。
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是 （填名称）。
正确答案
（1）-28.5 （2）
（3）①60% ②ac（漏选得1分，错选不得分）
（4）①bc（漏选得1分，错选不得分） ②锌
试题分析：（1）根据盖斯定律可知∆H=ΔH1 -3ΔH2=-28.5kJ•mol‾1，所以a="-28.5" 。
（2）因为Fe和Fe2O3为固体，所以平衡常数表达式为：
（3）①根据三段式进行计算：设消耗一氧化碳物质的量为x
Fe2O3（s）+3CO（g）⇌2Fe（s）+3CO2（g）
起始量（mol） 1 1
变化量（mol） x x
平衡量（mol） 1-x 1+x
K=
②a、反应前后气体质量变化，体积不变，若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态，正确；b、乙容器中一氧化碳增加，相当于增大压强，反应前后体积不变，甲容器中CO的平衡转化率等于乙的转化率错误；c、甲容器中平衡一氧化碳物质的量为0.4mol；乙容器中结合平衡常数计算得到消耗一氧化碳为1.4mol，平衡物质的量为0.6mol，甲和乙容器中CO的平衡浓度之比为0.4+0.6=2：3，正确；d、固体量增加不影响化学平衡，增加Fe2O3不能提高CO的转化率，故d错误，故答案为：ac 。
（4）①装置中原电池的正极和电解池的阴极可以得到保护；bc可以保护铁；故答案为：bc。
②装置为原电池，若用d装置保护铁，X极的电极材料应比铁活泼可以选择锌。
扫码查看完整答案与解析