- 焓变、反应热
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为了减少CO对大气的污染，某研究性学习小组拟研究CO和H2O反应转化为绿色能源H2。已知：
2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) △H＝－566kJ·moL－1
2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) △H＝－483.6KJ·moL－1
H2O (g)＝H2O(l) △H＝－44.0KJ·moL－1
（1）氢气的标准燃烧热△H＝ kJ·moL－1
（2）写出CO和H2O(g)作用生成CO2和H2的热化学方程式
（3）往 1L体积不变的容器中加入1.00mol CO和1.00mol H2O(g)，在t℃时反应并达到平衡，若该反应的化学平衡常数K＝1，则t℃时CO的转化率为 ；反应达到平衡后，升高温度，此时平衡常数将 （填“变大”、“不变”或“变小”），平衡将向 （填“正”或“逆”）方向移动。
（4）在CO和H2O反应转化为绿色能源H2中，为了提高CO的转化率，可采取的措施是 。
正确答案
（共11分）（1）－285.8（2分）
（2）CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)＋H2(g) △H＝－41.2kJ/mol（3分）
（3）50%（2分）；变小（1分）；逆（1分） （4）BD（2分）
试题分析：（1）通常条件下，1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为氢气的燃烧热。已知反应①2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) △H＝－483.6KJ·moL－1、②H2O (g)＝H2O(l) △H＝－44.0KJ·moL－1，则根据盖斯定律可知，①×
（2）已知反应①2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) △H＝－566kJ·moL－1、②2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) △H＝－483.6KJ·moL－1，则根据盖斯定律可知，（①－②）÷2即得到反应CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)＋H2(g) ，所以该反应的分液△H＝(－566kJ·moL－1＋483.6KJ·moL－1)÷2＝－41.2kJ/mol。（3）（3）令参加反应的CO的物质的量浓度为nmol/L，则：
CO(g)+H2O(g)
起始浓度（mol/L）1 1 0 0
转化浓度（mol/L）n n n n
平衡浓度（mol/L）1－n 1－n n n
所以根据平衡常数可知K＝
解得n＝0.5mol/L
所以t℃时CO的转化率为
由（2）可知该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数变小。
（4）A、增大的CO浓度，平衡向正反应移动，但CO的转化率降低，故A错误；B、增大的H2O(g)浓度，平衡向正反应移动，但CO的转化率增大，故B正确；C、使用催化剂加快反应速率，平衡不移动，CO转化率不变，故C错误；D、降低温度平衡向正反应移动，但CO的转化率增大，故D正确，答案选BD。
工业上生产金属钛的方法很多。以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：
FeTiO3＋2H2SO4＝TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
回答下列问题：
（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于______________________ （选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）。
（2）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe2＋被氧化，物质A是________，上述制备TiO2的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是__________、___________。
（3）反应TiCl4＋2Mg＝2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________。
（4）由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：
TiO2 (s)+ 2Cl2 (g) +2C(s) ＝TiCl4(g) + 2CO(g) ΔH1 = －72 kJ•mol-1
TiO2(s) + 2Cl2 (g) ＝TiCl4(g) + O2 (g) ΔH2 =+38.8kJ•mol－1
C(s)＋CO2(g)＝2CO(g) ΔH3 =+282.8kJ•mol－1
①反应C(s)＋CO2(g)＝2CO(g)在高温下能够自发进行的原因是______________________。
②反应C(s)＋O2(g)＝CO2 (g)的ΔH＝_______________。
（5）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。①写出阳极所发生反应的电极反应式：________________________________。
②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请结合化学用语解释） 。
正确答案
（1）非氧化还原反应 （2分） （2）Fe （2分） 绿矾 硫酸 （各1分）
（3）防止高温下Mg（Ti）与空气中的氧气（或CO2、N2）作用） （2分）
（4）① 该反应的△S＞0（熵增）（2分） ②－393.6 kJ／mol （2分，单位1分）
（5）① 2O2- - 4e- = O2↑（同时写出C + O2 = CO2不扣分）
或 C + 2O2- - 4e- = CO2↑（2分）
②制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO 
2Ca + TiO2Ti + 2CaO，由此可见，CaO的量不变。（4分）
试题分析：
（1）该反应中未发生化合价的变化。
（2）利用铁的还原性，防止亚铁被氧化 由流程图可知副产物有：绿矾和硫酸
（3）利用惰性气体隔绝空气，防止发生副反应。
（4）①根据ΔG=ΔH – TΔS < 0 能自发进行，则该反应的ΔS > 0。
（5）①熔融CaF2-CaO作电解质，该条件下能存在O2-
② 电解槽中发生反应：2CaO="2Ca" + O2↑， 2Ca + TiO2="Ti" + 2CaO，所以CaO的量不变。
(15分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下列与甲醇有关的问题．
(1)甲醇分子是____________分子(填“极性”或“非极性”)．
(2)工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO(g)+2H2(g) 
①达到平衡时，CO的转化率为____________
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有____________
E．混合气体的颜色保持不变 F．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
(3)已知在常温常压下：
①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H=﹣akJ·mol﹣1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=﹣bkl·mol﹣1
③H2O(g)=H2O(1) △H=﹣ckJ·mol﹣1
则CH3OH(1)+O2(g)==CO(g)+2H2O(1) △H=____________kJ·mol﹣1
(4)由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为____________________________________．
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如下离子的溶液．
电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为____________．
正确答案
（1）极性（2分）
（2）60%（2分） CF（2分，全对得2分，只选1个且正确的得1分，选错1个扣1分）
（3）(b－a－4c)/2（3分）
（4）CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O（3分） 3.2g（3分，数值正确、未写单位的扣1分）
试题分析：（1）甲醇分子中的化学键都是极性键，且甲醇分子结构不对称，故甲醇是极性分子；（2）①根据化学平衡三行式计算，设消耗的一氧化碳物质的量为x；
CO（g）+2H2（g）
起始量（mol） 1 2 0
变化量（mol） x 2x x
平衡量（mol）1-x 2-2x x
1-x+2-2x+x=3×3/5x=0.6
一氧化碳转化率=60%；②A、2v(H2)=v(CH3OH)，没有明确是正、逆反应速率 ，且速率之比不等于化学计量数之比，不能作为平衡标志，错误；B、CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率，均为正反应速率，不能作为平衡标志，错误；C、随着反应的进行，容器内气体的物质的量不断改变，容器内的压强不断改变，若容器内的压强保持不变，说明反应达到平衡状态，正确；D、根据质量守恒定律知，容器内气体质量不变，体积固定，混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，错误；E、反应混合气中各组分均为无色气体，混合气体的颜色保持不变，不能说明反应达到平衡状态，错误；F、根据质量守恒定律知，随着反应的进行，容器内气体质量不变，物质的量变化，混合气体的平均相对分子质量不断变化，若混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，正确；选CF；（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H═-akJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H═-bkJ•mol-1
③H2O（g）═H2O（l）△H═-ckJ•mol-1
依据盖斯定律计算，①/2—②/2+③×2得到热化学方程式：CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H═(b－a－4c)/2 kJ·mol﹣1；（4）①由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的燃料电池，通入甲醇的一极发生氧化反应生成碳酸根和水，作原电池的负极，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；②根据题意知，阳极电极反应为：2Cl --2e-=Cl2↑，4OH--4e-=2H2O+O2↑， 阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu， 2H++2e-=H2↑；阳极氯气和阴极氢气相同，设阳极生成的氧气物质的量为x，阴极上也应生成氢气物质的量x，根据电子守恒将题给数据代入列式：0.4+4x=0.2+0.4+2x，解得x=0.1mol，阳极上收集到氧气的物质的量0.1mol，质量为3.2g。
（12分）Ⅰ.煤燃烧的反应热可通过以下两个途径来利用：a. 利用煤在充足的空气中直接燃烧产生的反应热；b. 先使煤与水蒸气反应得到氢气和一氧化碳，然后使得到的氢气和一氧化碳在充足的空气中燃烧。这两个过程的热化学方程式为：
C(s)+O2(g)＝CO2(g)； ΔH＝E1 ①
C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g) ΔH＝E2 ②
H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(g)； ΔH＝E3 ③
CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g)； ΔH＝E4 ④，
试回答下列问题
（1）与途径a相比，途径b有较多的优点，即 。
（2）上述四个热化学方程式中ΔH＞0的反应有 。
（3）等质量的煤分别通过以上两条不同途径产生的可利用的总能量关系正确的是 。
Ⅱ.氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
已知： CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) ΔH＝+206.2kJ·mol－1
CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝+247.4 kJ·mol－1
以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
正确答案
（1）燃料充分燃烧，利用率高 （2）② （3）C
（4）CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝+165.0kJ·mol－1
试题分析：I（1）途径b是将煤先气化再燃烧，这样做的优点是燃料充分燃烧，利用率高。（2）反应①③④是放热反应，反应②是吸热反应，所以选②。（3）根据盖斯定律：定压定容条件下，任意一个反应其总反应的热效应只与反应的始态和终态有关而与反应的路程无关。两个途径产生的热量理论上是相同的。
II反应CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g)，是由反应①CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g)乘以2减去反应②CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)得到的，所以反应热为ΔH=206.2kJ/mol×2-247.4kJ/mol=165kJ/mol。则热化学方程式为CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝+165.0kJ·mol－1。
点评：这类反应热综合试题是高考中的热点考题，主要考查学生的分析问题，解决问题的能力。
氮是一种地球上含量丰富的元素，氮及其化合物的研究在生产、生活中有着重要意义。
（1）下图是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，写出NO2和CO反应的热化学方程式 。
（2）已知：N2(g)+ O2(g)＝2 NO(g) △H＝＋180 kJ • mol-1
2NO(g)+2 CO(g)＝N2(g) + 2 CO2(g) △H＝－746 kJ • mol-1
则反应CO(g) +
（3）在一固定容积为2L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应： N2(g)＋3H2(g)
（4）在固定体积的密闭容器中，1.0×103 kPa时，发生反应 N2(g)+3H2(g)
① K1 K2（填写“＞”、“＝”或“＜”）
②下列各项能说明上述合成氨反应一定达到平衡状态的是 （填字母）。
a、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
b、NH3的浓度保持不变
c、容器内压强保持不变
d、混合气体的密度保持不变
正确答案
（1）NO2 (g)+CO(g)= CO2(g)+NO(g) ΔH＝－234kJ/mol
（2）—283
（3）50%
（4）① ＞ ② b c
试题分析：（1）NO2和CO反应的热化学方程式为NO2（g）+CO（g）=CO2（g）+NO（g）△H=（134kJ/mol）-（368kJ/mol）="-234" kJ•mol-1;故（2）已知：①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180kJ•mol-1,②2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=-746kJ•mol-1，利用盖斯定律将①×1/2+②×1/2可得CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=1/2×（+180kJ•mol-1+（-746kJ•mol-1））=-283J•mol-1;
（3） N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）
起始（moL/L） 0.1 0.3 0
转化（moL/L）0.05 0.15 0.1
平衡（moL/L）0.05 0.15 0.1
前5分钟的平均反应速率v（N2）="0.05mol/L/5min=0.01" mol•L-1•min-1，平衡时H2的转化率为0.15/0.3×100%=50%；（4）反应为放热反应，生成温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，则K1＞K2；（5）a、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2，不能说明达到判断状态，取决于起始配料比和转化程度，故a错误；b、NH3的浓度保持不变，可说明达到平衡状态，故b正确；c、容器内压强保持不变，可说明达到平衡状态，故c正确；d、因体积不变，质量不变，则混合气体的密度保持不变，不能达到平衡状态，故d错误。
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