- 化学反应进行的方向
- 共1009题
2009年“六·五”世界环境日，中国主题是“减少污染--行动起来”，这向世界传达了建设环境友好型社会的理念。已知反应：
①
②
请回答下列问题
（1）反应①的熵变
（2）有人建议，汽车尾气中的CO可用催化加热分解的方法来消除(反应①)，这一方案在理论上是否可行? _________(填“可行”或“不可行”)。
（3）反应②中的是不是CO的燃烧热? _________(填“是”或“不是”)。
（4）煤炭的充分燃烧也是建设环境友好型社会的一个重要方面，12g C(s)完全燃烧生成CO2(g)时，放出的热量为_________kJ(依据反应①、②计算)。
正确答案
（1）<
（2）不可行
（3）不是
（4）393
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（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应：
①CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ/mol
（1）甲烷氧化可制合成气：CH4（g）+
（2）催化反应室中总反应3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=______．830℃时反应③的K=1.0，则在催化反应室中反应③的K______1.0（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）上述流程中，可循环使用的物质有______．
Ⅱ．如图为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．
（1）b电极是______极．
（2）a电极的反应式为______．
正确答案
I．（1）甲烷氧化可制合成气：CH4（g）+
（2）催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应．
①CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ/mol
依据盖斯定律①×2+②+③得到：3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.1kJ/mol；
830℃时反应③的K=1.0，则在催化反应室中，压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃，温度降低．平衡正向进行，反应③的K增大；
故答案为：-246.1kJ/mol；＞；
（3）依据催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应．
①CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ/mol
CO、甲醇和水，是中间产物，H2也可以部分循环，故答案为：CO、H2、甲醇和水；
II．反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，b为正极，氧气得到电子发生还原反应，故答案为：正；CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+．
下列说法是否正确，试加以解释。
(1)吸热反应一定是非自发进行的反应。
(2)氨气和氯化氢气体之所以能化合成NH4Cl晶体是由于体系的熵值增大。
正确答案
(1)不正确。吸热反应也有能自发进行。例如：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H= +74. 9kJ·mol-1，由于NH3的生成使体系的熵值增大，且熵增效应大于能量效应，故能自发进行。
(2)不正确。NH3和HCl化合生成NH4Cl的过程是熵减过程，但该过程是放热过程，能量降低，故能自发进行。
尿素（H2NCONH2）是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的反应如下：2NH3(l)＋CO2(g)
试回答下列问题：
（1）下列措施中有利于提高尿素的产率的是__________。
A．采用高温 B．采用高压 C．寻找更高效的催化剂
（2）合成尿素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)
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，总反应进行到 _______ min时到达平衡。
②反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如图所示，则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)＝_________ 。
③第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上右图Ⅱ所示，则△H2 ________0（填“＞”“＜”或“＝”）
④第一步反应的△S ________0（填“＞”、“＜”或，“＝”），在________（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行。
正确答案
（1）B
（2）① 2；55；②0.148 mol/(L·min)；③＞；④＜；较低
尿素（H2NCONH2）是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的反应如下：2NH3(l)＋CO2(g)
试回答下列问题：
（1）下列措施中有利于提高尿素的产率的是__________。
A．采用高温 B．采用高压 C．寻找更高效的催化剂
（2）合成尿素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)
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，总反应进行到 _______ min时到达平衡。
②反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如图所示，则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)＝_________ 。
③第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上右图Ⅱ所示，则△H2 ________0（填“＞”“＜”或“＝”）
④第一步反应的△S ________0（填“＞”、“＜”或，“＝”），在________（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行。
正确答案
（1）B
（2）① 2；55；②0.148 mol/(L·min)；③＞；④＜；较低
现有反应：mA(g) + nB(g)
(1) 该反应的正反应为 ________反应（填吸热或放热），△S_____0 (填“＞”、“=”或“＜”)，由此判断，此反应自发进行的条件为_______。
A 一定自发 B一定不自发 C高温自发，低温不自发 D低温自发，高温不自发
(2) 减压时，A的质量分数_________。(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)
(3) 若加入B (体积不变)，则A的转化率_________。
(4) 若升高温度，则平衡时B、C的浓度之比C(B) ：C(C) 将_________。
(5) 若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量_________。
(6) 若B是有色物质，A、C均无色，则加入C (体积不变)后混合物颜色______ _； (填“变深”、“变浅”或“不变”，下同) 维持容器内压强不变，充入氖气后，混合物颜色
________。
正确答案
（1）吸热； ＜ ；B
（2）增大
（3）增大
（4）减小
（5）不变
（6）变深
（7）变浅
由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)
(1)关于该反应的下列说法中，正确的是____。
A. △H>0,△S>0 B. △H>0,△S<0
(5)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的有__________。
A．升高温度 B．加入催化剂 C．将H2O(g)从体系中分离 D．充入He(g)，使体系总压强增大
正确答案
(1)C
(2)c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·C3(H2)]
(3)增大
(4)0. 225mol/(L·min)
(5)CD
合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响．合成氨反应的化学方程式为：N2（g）+3H2（g）
2（（（NH3（g）△H=-92.2kJ/mol．合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得．
（1）在一容积固定的密闭容器中注入N2和H2两种气体，发生上述反应．在某温度下达到平衡时各物质的浓度分别为c（H2）=9.00mol/L，c（N2）=3.00mol/L，c（NH3）=4.00mol/L，此温度下该反应的平衡常数为______．
（2）三个相同容器中各充入1molN2和3molH2，在不同条件下反应并达到平衡，氨的体积分数随时间的变化如图所示．下列说法正确的是______（填序号）．
A．图I可能是不同压强对反应的影响，且P2＞P1
B．图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响，且P1＞P2
C．图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响，且T1＞T2
D．图Ⅱ一定是在同温同压下不同催化剂对反应的影响，且催化剂效果1＞2
（3）将水蒸气通过红热的炭即产生水蒸气，化学方程式为：C（s）+H2O（g）
H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ，△S=+133.7J/K该反应在低温下能否自发______（填：能或否）．
（4）甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）．部分物质的燃烧热数据如下表：
已知1mol H2O（g）转变为1mol H2O（l）时放出44.0kJ热量．写出CH4和H2O在高温下反应的热化学方程式______．
（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池．请写出该电池的正极反应式______．
正确答案
（1）k=
（2）A．增大压强，平衡向正反应分析移动，氨气的含量增大，故A错误；
B．图Ⅱ应是催化剂对反应的影响，故B错误；
C．温度升高，平衡向逆反应分析移动，氨气的含量降低，故C错误；
D．图Ⅱ中两种途径平衡状态相同，应是催化剂对平衡的影响，1反应速率大，催化效果好，故D正确．
故答案为：D；
（3）△G=△H-T•△S=131.3kJ-T×133.7kJ×10-3，在温度较低时，△G＞0，不能自发进行；
故答案为：否；
（4）由表中数据可知：①H2（g）+
②CO（g）+
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3 kJ•mol-1，
④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-1，
利用盖斯定律，将③+④-①×3-②可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ•mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ•mol-1；
（5）原电池正极发生还原反应，N2得电子生成NH4+，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+，
故答案为：N2+6e-+8H+=2NH4+．
钛是继铁、铝后的第三金属，常温下钛的化学活性很小，仅能与氟气、氢氟酸等几种物质起作用．但在较高温度下，钛可与多种单质和化合物发生反应．工业上冶炼钛主要以钛铁矿、金红石（含TiO2大于96%）等为原料生产．
（1）由金红石为原料采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：
①沸腾氯化炉中反应：TiO2（s）+2Cl2 （g）=TiCl4（l）+O2（g），在常温下能否自发进行（已知该反应△H=184kJ/mol，△S=57.74J/K）______（选填：“能”或“不能”）．
②已知：Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）△H=-804.2kJ/mol；2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol．
则TiCl4（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=______kJ/mol
③海绵钛破碎后用0.5%～1.5%的盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤的目的______．
（2）科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发，找出了冶炼钛的新工艺．试回答下列有关问题．
①TiO2直接电解法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如右图所示，
阴极获得钛可能发生的反应或电极反应为：______．
②SOM技术是一种绿色环保先进技术，阳极用金属陶瓷，并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开，阳极通入某种还原性气体，可防止CO、CO2污染物产生，通入的气体是______．
（3）海棉钛通常需要经过真空电弧炉里熔炼提纯，也可通过碘提纯法，原理为：
，下列说法正确的是______．
（a） 该反应正反应为的△H＞0
（b） 在不同温度区域，TiI4的量保持不变
（c） 在提纯过程中，I2的量不断减少
（d） 在提纯过程中，I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区．
正确答案
（1）①△G=△H-T△S=184kJ/mol-298K×0.05774kJ/K=166.79kJ＞0，所以不能自发进行，故答案为：不能；
②（I） Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）△H=-804.2 kJ/mol；
（II） 2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
（III） Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol，
将方程式2（II）-（I）-（III）得TiCl4（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），
△H=2×（-882.0kJ/mol）-（-804.2kJ/mol）-2.6kJ/mol=-970.2kJ/mol
故答案为：-970.2；
③海绵钛中含有钠、氯化钠和钛的低价氯化物，盐酸能和钠反应，且能溶解氯化钠及钛的低价氯化物，从而得到较纯的钛，故答案为：除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物；
（2）①电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；
②阴极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物没有污染，水没有污染，所以该气体是氢气，故答案为：H2；
（3）（a）大多数混合反应是放热反应，该反应的正反应也是放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故错误；
（b） 高于400℃，钛和氯气反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解，所以在不同温度区域，TiI4的量不同，故错误；
（c） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的量不变，故错误；
（d） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区，故正确；
故选d．
求反应2HCl(g) =H2(g)+Cl2(g)标准熵变。已知：HCl(g)的S=186. 6J·mol-1·K-1，H2(g)的S= 130J·mol-1·K-1,Cl2(g)的S=223 J·mol-1·K-1,△S=___。
正确答案
-10.2 J·mol-1·K-1
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