- 焓变、反应热
- 共2059题
SO2和NOx在化学工业上有重要用途，也是大气污染的主要来源，开发和利用并重，预防和治理并举是当前工业上和环境保护领域研究的主要课题之一。
（1）在接触法制硫酸的过程中，发生2SO2(g)＋O2(g) 
①平衡状态由A到B时，平衡常数K(A) K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）；
②将2．0molSO2和1．0molO2置于10L的密闭容器中，若40s后反应达到平衡，此时体系总压强为0．10MPa，这一段时间内SO2的平均反应速率为 。
该反应的平衡常数为 。
（2）用CH4催化还原NOx可消除氮的氧化物的污染，例如：CH4(g)＋4NO2(g) ＝ 4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝-574kJ·mol—1
CH4(g)＋4NO(g) ＝ 2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝-1160kJ·mol—1
取标准状况下4．48LCH4并使之完全反应：
①若将NO2还原至N2，整个过程中转移电子的物质的量为 ；
②若还原NO2和NO的混合物，放出的总热量Q的取值范围是 。
正确答案
（1）①＝；（1分）②0．0040mol·L-1·s-1，800L·mol-1；（共4分，各2分，无单位或错误扣1分）（2）①1．6mol（2分，无单位扣1分）②173．4kJ＜Q＜232kJ（3分）
试题分析：（1）平衡常数只受温度的影响，温度不变，则压强不变，平衡状态由A变到B时，则k（A）=k（B）；（2）由图象知，体系总压强为0．10MPa时SO2的平衡转化率为0．8，则
2SO2（g）+O2（g）
起始：2．0mol 1．0mol 0
转化：1．6mol 0．8mol 1．6mol
平衡：0．4mol 0．2mol 1．6mol
则平衡时：c（SO2）=0．04mol/L，c（O2）=0．02mol/L，c（SO3）=0．16mol/L，SO2的平均反应速率为1．6mol/10L/40s=0．0040mol·L-1·s-1，K=c(SO3)2/c(SO2)2·c(O2)=(0．16)2/(0．04)2×0．02=800；（2）①CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H="-1160kJ/mol" 利用盖斯定律将①+②/2可得：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H=-867kJ/moln（CH4）=4．48L/22．4L/mol=0．2mol，整个过程中转移的电子总数为：0．20mol×8=1．60mol，放出的热量为：0．2mol×867kJ/mol=173．4kJ。②上述可知，若反应物中全部是为二氧化氮，放出的热量为173．4kJ。根据盖斯定律可据算出若全部为一氧化氮放出热量为232kJ，故放出的热量范围是173．4kJ＜Q＜232kJ。
(14分)2014年10月初，雾霾天气多次肆虐河北、天津、北京等地区。其中，燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)
①该反应的平衡常数表达式 。
②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 （填代号）。
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol
2NO2(g)
H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式： 。
（3）在一定条件下，也可以用NH3处理NOx。已知NO与NH3发生反应生成N2和H2O，现有NO和NH3的混合物1mol，充分反应后得到的还原产物比氧化产物多1.4 g，则原反应混合物中NO的物质的量可能是_____________。
（4）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。则2 molCH4与足量H2O（g）反应最多可生成_______mol H2，写出该反应的化学方程式_________________________________________________。
(5)上述方法制得的H2可以和CO在一定条件下合成甲醇和二甲醚（CH3OCH3）及许多烃类物质。当两者以物质的量1:1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是 。
a.汽油 b.甲醇 c.甲醛 d.乙酸
正确答案
（1）①K＝
（2）CH4(g)+N2O4(g)＝N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H＝—898.1kJ/mol （2分）
（3）0.3mol或0.8mol（2分）
（4）8 mol （2分） CH4（g）+2 H2O（g）＝ CO2（g）+4H2（g）（2分） （5）c（2分）
试题分析：（1）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此根据反应式2NO(g) + 2CO(g)
②a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；c、t1时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，故c错误；d、随着反应的进行，NO的质量分数逐渐减小。t1时刻NO的质量分数为定值，不再发生变化，说明反应处于平衡状态，故d正确，答案选bd。
（2）根据反应①CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol、
②2NO2(g)
（3）氨气与NO反应的化学方程式为6NO＋4NH3=5N2＋6H2O，其中氨气是还原剂，NO是氧化剂，则氮气既是氧化产物，也是还原产物，还原产物比氧化产物多1mol，质量是28g，则
6NO＋4NH3=5N2＋6H2O 还原产物比氧化产物多
6mol 4mol 28g
0.3mol 0.2mol 1.4g
所以如果NO过量，则原反应混合物中NO的物质的量是1.0mol－0.2mol＝0.8mol
如果氨气过量，则原反应混合物中NO的物质的量是0.3mol
（4）CH4与足量H2O（g）反应要产生最多的氢气，则为生成物应该是氢气和CO2，反应的化学方程式为CH4（g）+2 H2O（g）＝ CO2（g）+4H2（g），.所以2mol甲烷与足量水蒸气反应最多生成8mol氢气。
（5）当H2和CO以物质的量1:1催化反应，其原子利用率达100%时，根据原子守恒可知生成物的化学式应该是CH2O，该物质是甲醛，答案选c。
二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型能源，它清洁、高效、具有优良的环保性能。
Ⅰ.工业制备二甲醚的生产流程如下：
催化反应室中(压强2.0～10.0 MPa，温度230～280℃)进行下列反应：
CO(g)＋2H2(g) 
2CH3OH(g)
CO(g)＋H2O(g)
(1)甲烷氧化可制得合成气，反应如下：CH4(g)＋
(2)催化反应室中总反应3CO(g)＋3H2(g)
(3)上述反应中，可以循环使用的物质有 。
Ⅱ.如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。b电极是 极。
正确答案
Ⅰ.(1)自发 (2)－246.1 kJ/mol >
(3)CO、H2、甲醇和水
Ⅱ.正
Ⅰ.(1)反应后气体的物质的量增大，混乱度增加，熵增大，ΔS>0，由复合判据得该反应能自发进行。
(2)反应3CO(g)＋3H2(g)
(3)从流程图中可以看出排出的物质CO、H2、甲醇和水在反应①、②、③中可以作为反应物，故均可以循环利用。
Ⅱ.燃料电池中通入O2的一极发生还原反应，即b电极是正极。
（17分）CO和H2的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气（主要成分为CH4）与水进行高温重整制备合成气。
（1） 已知：CH4、H2和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式 。
（2）在一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4和0.60mol H2O(g)，测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示：
①3—4min之间，化学平衡向___ ____反应方向移动（填“正”或“逆”）。
②3min时改变的反应条件是____________________（只填一种条件的改变）
（3）已知温度、压强、投料比X〔n(CH4)/n(H2O)〕对该反应的影响如图所示。
①图1中的两条曲线所示投料比的关系X1____X2(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：p1_______p2
（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池
①放电时，正极的电极反应式_______________________________________
②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为 ____。
正确答案
（17分）
（1）CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) △H＝+206.1kJ/mol（3分，状态或配平或单位或+每少（或错）一项扣1分，最多扣3分；△H数值错了0分。）
（2）①正 （2分），②升高温度或增大H2O的浓度或减小CO的浓度 （2分）
（3）①＞；（2分） ②＞。（2分）
（4）O2＋4e—＋2H2O＝4OH—（2分，没配平扣1分。）
c(K+)＞c (HCO3- )＞c (CO32- )＞c (OH- )＞c( H+ ) （4分）
试题分析：（1）已知：①H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ•mol-1
②CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g） ）△H=-283.0kJ•mol-1
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l））△H=-890.3kJ•mol-1，
④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-1，
利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g），△H=（-44.0kJ•mol-1）+（-890.3kJ•mol-1）-（-283.0kJ•mol-1）-3×（-285.8kJ•mol-1）="+206.1" kJ•mol-1；
（2）①3—4min之间，甲烷的物质的量浓度减少，氢气的物质的量浓度增加，所以化学平衡向正反应方向移动；
②3min时，甲烷、氢气的浓度未变，说明与容器体积无关，而平衡正向移动，所以改变的条件是升高温度或增大H2O的浓度或减小CO的浓度 ；
（3）①根据增大一种反应物的浓度会增大另一种反应物的转化率，本身转化率降低，X1时甲烷的含量高，说明增大了甲烷的浓度，所以X1>X2；
②p1时的甲烷的含量高于p2，压强大对逆反应有利，所以p1>p2
（4）①放电时，正极是氧气发生还原反应，结合电解质溶液，正极反应式为O2＋4e—＋2H2O＝4OH—
②标准状况下氧气的体积为8.96L，物质的量是0.4mol，则转移电子1.6mol，根据CH4～8e-～CO2，可知生成二氧化碳0.2mol，溶液中KOH的物质的量是0.3mol，n(CO2):n(KOH)=2:3,介于1/2-1之间，所以产物既有碳酸钾，又有碳酸氢钾，根据C元素与Na元素守恒，计算K2CO3、KHCO3的物质的量均是0.1mol，溶液中CO32-的水解程度大于HCO3-的水解程度，溶液呈碱性，所以溶液中离子浓度的大小关系是 c(K+)＞c (HCO3- )＞c (CO32- )＞c (OH- )＞c( H+ )。
过度排放CO2会造成“温室效应”，为了减少煤燃烧对环境造成的污染，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。煤综合利用的一种途径如图所示。
（1）已知①C(s) ＋ H2O(g) = CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.3 kJ·mol－1
②C(s) ＋ 2H2O(g) = CO2(g) ＋ 2H2(g) ΔH2＝＋90 kJ·mol－1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是 ________________________，
（2）用下图原电池装置可以完成过程⑤的转化，该装置b电极的电极反应式是_______________________。
（3）在压强为0.1 MPa条件下，容积为V L的密闭容器中a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO(g)＋2H2(g) 
①p1________p2(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②在其他条件不变的情况下，向容器中再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的平衡转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③在p1下，100 ℃时，CO(g)＋2H2(g)
（4）如图表示CO2与H2反应生成CH3OH和H2O的过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：
关于该反应的下列说法中，正确的是________(填编号)。
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
（5）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)
①从反应开始到平衡，CO2的平均反应速率v(CO2)＝________。
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是________(填编号)。
A．升高温度 B．将CH3OH(g)及时液化移出
C．选择高效催化剂 D．再充入1 mol CO2和3 mol H2
正确答案
（1） CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.3 kJ·mol－1 （2） O2 +4e－ +2H2O = 4OH— （3）①＜② V 2 / a2 ③增大 （4）C （5）①0.075 mol/( L·min). ②BD
试题分析：（1）②-①可得：CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.3 kJ/mol.. （2）在燃料电池中，通入燃料的电极作负极，通入氧气的电极作正极。a电极是负极，b电极是正极。b电极的电极反应式是O2 +4e－ +2H2O = 4OH— （3） ①由图可以看出：在温度相同时，转化率P2>P1。根据平衡移动原理：在其它条件不变的情况下。增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动。即向正反应方向移动。这时反应物的转化率提高。所以P1
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