- 化学反应与能量
- 共8781题
2012年始，雾霾天气无数次肆虐家乡邯郸。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：Ⅰ CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol
Ⅱ 2NO2(g)
Ⅲ 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）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL1mol/L食盐水,电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）.
①甲烷燃料电池的负极反应式： 。
②电解后溶液的pH= (忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)
③阳极产生气体的体积在标准状况下是 L
正确答案
（1）①[CO2]2[ N2]/[ NO]2[CO]2② bd
（2）CH4(g)+N2O4(g) =N2(g) +2H2O(g) + CO2(g) △H= —898.1kJ/mol
（3）①CH4 —8e— + 2H2O =CO2 + 8H+ ②14 ③ 1.68L
试题分析：（1）①根据化学平衡常数的书写规律：生成物平衡浓度系数次幂的积比反应物平衡浓度系数次幂的积，写出[CO2]2[ N2]/[ NO]2[CO]2；②a、可逆反应达平衡后正、逆速率相等且不再变化，由图像知，t1时刻V正最大，随反应进行速率发生变化，未到达平衡，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，平衡常数不变，图象与实际符合，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，错误；d、随着反应的进行NO的质量分数逐渐减小，t1时刻NO的质量分数不变，处于平衡状态，正确；答案bd；
（2）已知：Ⅰ CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol Ⅱ 2NO2(g)
（3）①甲烷燃料电池中甲烷在负极发生氧化反应酸性条件下生成CO2-和H2O，负极电极反应式为CH4 —8e— + 2H2O =CO2 + 8H+ ，②根据题意知，n(NaCl)=0.1mol该电解过程为先电解饱和食盐水，后电解水，根据电解方程式2Cl- + 2H2O 
2013年以来，全国很多地区都曾陷入严重的雾霾和污染天气中，冬季取暖排放的CO2、汽车尾气等都是形成雾霾的因素。
（1）已知：① N2(g) + O2(g)＝2NO(g) △H＝+179．5 kJ/mol
②2NO(g) + O2(g)＝2NO2(g) △H＝－112．3 kJ/mol
③2NO(g) +2CO(g)＝N2(g) +2CO2(g) △H＝－759．8 kJ/mol
下图是在101kPa，298K条件下1mol NO2和1mol CO反应生成1mol CO2和1mol NO过程中能量变化的示意图。则a＝ 。
（2）将不同物质的量的H2O（g）和CO分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：
H2O(g)+CO(g)
①实验组1中以v(CO2)表示的反应速率为 ，此温度下的平衡常数为 ，温度升高时平衡常数会 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
②650℃时，若在此容器中开始充入2mol H2O（g）、 1mol CO、 1 mol CO2和 x molH2，若要使反应在开始时正向进行，则x应满足的条件是 。
③若a=2,b=1，则达平衡时实验组2中H2O（g）和实验组3中CO的转化率的关系为α2 (H2O) α3 (CO)（填“＜”、“＞”或“＝”)。
正确答案
（14分）（1）368（3分）（2）①0．16mol/(L·min) （2分） 8/3或2．67 （2分）减少 （2分） ②0≤x＜16/3 （3分） ③ ＝（2分）
试题分析：（1）抑制① N2(g) + O2(g)＝2NO(g) △H＝+179．5 kJ/mol、②2NO(g) + O2(g)＝2NO2(g) △H＝－112．3 kJ/mol、③2NO(g) +2CO(g)＝N2(g) +2CO2(g) △H＝－759．8 kJ/mol，则根据盖斯定律可知（①－②＋③）÷2即得到反应NO2(g)＋CO(g)＝NO(g) +CO2(g) △H＝－234kJ/mol。则根据图像可知134kJ/mol－a kJ/mol＝－234kJ/mol，解得a＝368。
（2）①根据表中数据可知平衡时生成氢气的物质的量是1．6mol，则根据方程式可知消耗CO2的物质的量是1．6mol，其浓度是0．8mol/L，则CO2表示的反应速率为0．8mol/L÷5min＝0．16mol/(L·min)。
② H2O（g）+CO（g）
初始浓度 1mol/L 2mol/L 0 0
转化浓度 0．8mol/L 0．8mol/l 0．8mol/l 0．8mol/l
平衡浓度 0．2mol/L 1．2mol/L 0．8mol/l 0．8mol/l
所以平衡常数K＝
根据表中1、2数据可知，实验1中CO的转化率为
②若要使反应在开始时正向进行，则
②实验2条件下平衡常数，需要列式计算平衡浓度
H2O（g）+CO（g）
初始浓度 0．5mol/L 1mol/L 0 0
转化浓度 0．2mol/L 0．2mol/l 0．2mol/l 0．2mol/l
平衡浓度 0．3mol/L 0．8mol/L 0．2mol/l 0．2mol/l
则K=
若a＝2，b＝1，则
H2O（g）+CO（g）
初始浓度 1 0．5 0 0
转化浓度 x x x x
平衡浓度 1－x 0．5－x x x
则
解得x＝0．2
所以在这两种情况下实验组2中H2O（g）和实验组3中CO的转化率均是
（15分）能源短缺是人类面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源．具有广泛的开发和应用前景。因此甲醇被称为21世纪的新型燃料。
（1）已知在常温常压下：
①2CH3OH(I)十3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g) △H= _1275.6 kJ·mol—1
②H2O(I) ="==" H2O(g) △H="+" 44.0 kJ.mol-1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式 (2分).
（2）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应A：CO2（g）+3H2（g）
反应B：CO（g）+2H2（g）
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的关系曲线如下图所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H1________0（填“＞”、“＜”或“＝”）。（2分）
②对于反应A，若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是 （2分）。
③某温度下，将4mol CO和12mol H2,充人2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO) ="0.5" mol·L—1，，则该温度下该反应的平衡常数为 （2分）。
④.某种甲醇—空气燃料电池是采用铂作为电极，稀硫酸作电解质溶液。其工作时负极的电极反应式可表示为______________________ （2分）
（3）对燃煤烟气中的SO2、NO2设物质的量之比为1∶1,与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。，则该反应的化学方程式为________。（3分）（4）在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则
溶液中c（Na+）+c（H+）_____ c（NO3-）+c（OH-）（填写“＞”“＝”或“＜”）（2分）
正确答案
（1）CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－725.8 kJ·mol—1
（2）①＜ ②BD ③0.33 ④CH3OH－6e－＋H2O=6H＋＋CO2↑
（3）12NH3＋3O2＋4SO2＋4NO2＋6H2O=4(NH4)2SO4＋4NH4NO3。
（4）＜
（1）燃烧热是在一定条件下1mol可燃物完全烧热生成稳定的氧化物是放出的能量。（①－②）/2的CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－725.8 kJ·mol—1。
（2）根据图像可知随着温度的升高，甲醇的含量逐渐增大，但当达到一定温度时反而降低，说明温度升高平衡向逆反应方向移动，过正反应是放热反应。反应A是体积减小的放热的可逆反应，高温不利于生成甲醇，充入He，使体系总压强增大但反应物的浓度并没有增大，所以平衡不移动，答案BD正确。
CO（g）+2H2（g）
起始量（mol） 4 12 0
转化量（mol） 3 6 3
平衡量（mol） 1 6 3
所以平衡常数为
在反应中甲醇失去电子，所以负极的电极反应式CH3OH－6e－＋H2O=6H＋＋CO2↑
（3）根据所给反应物和生成物可写出反应式为12NH3＋3O2＋4SO2＋4NO2＋6H2O=4(NH4)2SO4＋4NH4NO3。
（4）由电荷守恒知c（Na+）+c（H+）+c（NH4+）＝c（NO3-）+c（OH-），所以c（Na+）+c（H+）＜c（NO3-）+c（OH-）。
氮及其化合物与人类各方面有着密切的联系。Ⅰ现有一支15mL的试管，充满NO倒置于水槽中，向试管中缓缓通入一定量氧气，当试管内液面稳定时，剩余气体3mL。则通入氧气的体积可能为 mL。
Ⅱ目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H="-574kJ/mol"
②CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H="-1160kJ/mol"
③H2O(g)= H2O(l) △H=-44kJ/mol
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g) 、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式 。
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为：
某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T0C)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：
①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是_______ ；（选填字母代号）
A．容器内CO2的浓度保持不变
B．v正(N2)="2" v正(NO)
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
②前20分钟，平均反应速率v(NO)= 。v(NO)=（0．1- 0．04）/ 20 = 0．003mol·L-1· min-1
③在T0C时，该反应的平衡常数为_______(保留两位小数)；
④在30 min，改变某一条件反应重新达到平衡，则改变的条件是_______ 。
（3）科学家正在研究利用催化技术将超音速飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为：
研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。
上表中：a=_______,b=________,e=________ 。
正确答案
Ⅰ：9ml或14.25ml
Ⅱ：（1） CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H="-955" kJ/mol
（2）①BC ②0.003mol·L-1· min-1 ③0.56 ④减小CO2 的浓度
（3）a=280℃ b= 1.20×10-3 e=5.80×10-3
试题分析：(Ⅰ)往充满NO的试管中充入氧气并倒扣在水槽，发生的反应是4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3，最终剩余的气体可能是NO或O2；所以设氧气体积总共为X，
则①剩余氧气3ml时，4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3 ②剩余NO 3ml时，4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3
4： 3 4 ：3
15ml X 15ml X
X="15×3/4" + 3 =14．25ml X=(15－3)×3/4 =9ml
(Ⅱ) （1） 据已知方程式可知目标方程式可以由方程式（①＋②+③×4）÷2 得
CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)，而△H=（△H1+△H2+4×△H3）÷2=" -955" kJ/mol
（2）在反应C(s)+2NO(g)= N2(g)+CO2(g)中，要判断是否达到平衡，要找变量，变量不变则达到平衡。容器内CO2的浓度是变量，保持不变时说明达到平衡，A正确；v正(N2)="2" v正(NO)表示的都是正反应的速率关系，不能说明正逆反应速率相等，所以不能判断平衡，B错误；反应方程式的前后系数相等，所以容器内压强随着反应保持不变，所以不能判断平衡，C错误；密闭容器是恒容，容器内总质量不变，但由于有固体参加，混合气体的质量是个变量，据ρ＝m气/V知，当气体质量不变时，混合气体的密度保持不变，此时反应达到平衡，D正确； 同样混合气体的质量是个变量，据M=m气/n气 知，M也是个变量，当M保持不变时达到平衡，E正确。故选BC。
（3）v(NO)=（0．1- 0．04）mol·L-1/ 20min = 0．003mol·L-1· min-1
据表格数据可知，当反应达到20min时，各物质浓度不再变化反应达到第一次平衡，平衡常数
K=C(N2)·C(CO2)/ C2(NO)=0．032/0．042 =0．56 ；反应在40min时，各物质浓度发生变化，且C(CO2)浓度减小最多，平衡往正反应方向移动，所以改变的条件是减小CO2 的浓度。
（4）实验要验证的是温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，所以对比试验要控制变量，所以a=280℃ b= 1．20×10-3 e=5．80×10-3 。
最近几年我国已加大对氮氧化物排放的控制力度。消除氮氧化物污染有多种方法。
（l）用CH4还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH4(g)＋4NO2(g)= 4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=-574kJ·mol-1
②CH4(g)＋4NO (g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=-1160kJ·mol-1
③H2O(g)= H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1
CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式为 。
（2）用活性炭还原法也可处理氮氧化物。有关反应为：2C(s)＋2NO2(g)=N2(g)＋2CO2(g) △H<0，起始时向密闭容器中充入一定量的C(s)和NO2(g)，在不同条件下，测得各物质的浓度变化状况如下图所示。
①0〜10min内，以CO2表示的平均反应速率v(CO2)= 。
②0～10min，10〜20 min，30〜40 min三个阶段NO2的转化率分别为α1、α2、α3，其中最小的为 ，其值是 。
③计算反应达到第一次平衡时的平衡常数K= 。
④第10min时，若只改变了影响反应的一个条件，则改变的条件为 (填选项字母）。
A．增加C(s)的量 B．减小容器体积 C．加入催化剂
⑤20～30min、40〜50 min时体系的温度分别为T1和T2，则T1_____T2(填“> “<”或“=”）， 判断的理由是 。
正确答案
（1）CH4(g ) +2NO2 ( g ) =N2 ( g )+ CO2 (g ) +2H2O (l ) ΔH= －955 kJ ／mol （2分，只要有错该空即不能得分。）
（2）①0.02 mol/(L· min) （2分，数值、单位各1分）
②α1 （1分） 20% （2分）
③ 0.675 （2分，不写单位不扣分，写错单位扣1分）
④ C （2分）
⑤ > （1分） 此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动（2分，平衡正向移动、该反应为放热反应两个给分点，各1分。）
试题分析：（1）根据盖斯定律，方程式①+②-③×4可得目标方程式，反应热作相应变化即可。
（2）①根据图像，10min时CO2的浓度为0.2mol/L，则以CO2表示的反应速率为
②根据图像，0～10min内，NO2的转化率α1=
10～20min内，NO2的转化率α2=
30～40min内，NO2的转化率α3=
③反应在20min时达到平衡，根据
④根据图像，10～20min内反应速率加快，平衡仍正向移动。增加固体C不影响反应速率，A错；减小容器体积，则增大压强，平衡逆向移动，B错；加入催化剂可加快反应速率，但不影响平衡，C正确。
⑤20～30min、40〜50 min是体系的两个平衡状态，由题意可知改变温度使平衡发生移动，40〜50 min时的平衡与20～30min时的平衡相比，平衡正向移动，因反应是放热反应，故降低温度平衡正向移动，T1>T2。
大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究.
（1）O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I-（aq）+ O3（g）= IO-(aq)+O2（g）△H1
②IO-（aq）+H+(aq) 
③HOI(aq) + I-(aq) + H+(aq) I2(aq) + H2O(l) △H3
总反应的化学方程式为__ ____，其反应△H=___ ___
（2）在溶液中存在化学平衡：I2(aq) + I-(aq) I3-(aq)，其平衡常数表达式为_______.
（3）为探究Fe2+ 对O3氧化I-反应的影响（反应体如左图），某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH，结果见右图和下表。
①第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是_______。
②图13中的A为__ ___，由Fe3+生成A的过程能显著提高Ⅰ-的转化率，原因是 。
③第2组实验进行18s后，I3-浓度下降。导致下降的直接原因有（双选）______。
（4）据图14，计算3-18s内第2组实验中生成I3-的平均反应速率（写出计算过程，结果保留两位有效数字）。
正确答案
（1） O3+2Ⅰ—+2H+=Ⅰ2+ O2+ H2O，△H=△H1+△H2+△H3。
（2）
（3）①反应过程中消耗氢离子，溶液酸性减弱，pH增大，水电离出氢离子参与反应破坏水的电离平衡，氢氧根浓度增大，溶液呈碱性，pH增大；
②Fe2+，因为Fe3+可以将I－直接氧化成I2，使溶液中c(I2)增大，促使I2(aq)+I－(aq)
③BC
（4）（计算过程略）5.5×10—4 mol/L·s
试题分析：（1）①②③3步反应的方程式相加可得总方程式：O3+2Ⅰ—+2H+=Ⅰ2+ O2+ H2O；根据盖斯定律可得：△H=△H1+△H2+△H3。
（2）根据平衡常数的定义可得I2(aq) + I-(aq) I3-(aq)，平衡常数表达式为
（3）①第1组实验中，O3氧化I‾的离子方程式为：O3+2Ⅰ—+2H+=Ⅰ2+ O2+ H2O，反应过程中消耗氢离子，溶液酸性减弱，pH增大，水电离出氢离子参与反应破坏水的电离平衡，氢氧根浓度增大，溶液呈碱性，pH增大。
②因为Fe3+的氧化性大于I2，Fe3+可以将I－直接氧化成I2发生反应：2Fe3++2I－==2Fe2++I2，所以A为Fe2+，因为该反应生成了I2，使溶液中c(I2)增大，进而使I2(aq)+I－(aq)
③对比表格中第1、2组实验前后pH可得，第1组pH增大，c(H+)减小，图中第1组实验所得I3－浓度曲线先略为增大后几乎不变，第2组pH减小，c(H+)增大，图中第2组实验所得I3－浓度曲线先显著增大后逐渐减小至无，根据上述分析可得，若c(H+)减小，I3－浓度不会下降，A项错误；若c(I－)减小，则反应③HOI(aq)+I－(aq)+H+(aq)
④读图14，3～18s内第2组实验中I3－浓度由 3.5×10－3mol/L增加到11.8×10－3mol/L，则生成I3－的平均反应速率v(I3－)=
研究NO2．SO2．CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）NO2可用水吸收，也可用NH3处理，也可用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－574 kJ·mol－1
CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－1160 kJ·mol－1
若用标准状况下2．24L CH4还原NO2至N2整个过程中转移的电子总数为______（阿伏加德罗常数的值用NA表示），放出的热量为______kJ。
（2）已知：2SO2(g)+O2(g) 
2NO(g)+O2(g)
（ⅰ）则反应NO2(g)+SO2 (g)
（ⅱ）一定条件下，将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是 。
A．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 B．体系压强保持不变
C．混合气体颜色保持不变 D． SO3和NO的体积比保持不变
（ⅲ）某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如下图（左）所示。
平衡状态由A变到B时．平衡常数K(A)_______K(B)（填“＞”．“＜”或“＝”）
（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g)
正确答案
（1）0．8NA 86．7 (2) (i）-41．8（ⅱ）C (ⅲ)= (3)<
试题分析：
（1）二式相加，除以2得到新式子：CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ，每消耗0.1molCH4，转移0.8NA电子； 物质和能量是紧密相连的，以物质为基础，物质怎么变，能量就怎么变，两式直接相加，除以2，CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－173.4 kJ·mol－1，放出热量86．7kJ；
（2）（ⅰ）根据盖斯定律，将第二个方程式颠倒过来，与第一个方程式相加得：2NO2+2SO2═2SO3+2NO， △H="-83.6" kJ•mol-1，故NO2+SO2⇌SO3+NO，△H="-41.8" kJ•mol-1；（ⅱ）平衡标志，有直接标志，正逆速率相等、各组分浓度保持不变；间接标志遵循变化着的量不再改变，反应即平衡。二氧化氮为红棕色气体，颜色不再改变，反应即平衡。（ⅲ）化学平衡常数是个温度常数，温度不变，化学平衡常数不变。
（3）)由图可知，温度升高，CO的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，故逆反应是吸
热反应，正反应是放热反应，△H＜0；
除去杂质后的水煤气主要含H2、CO，是理想的合成甲醇的原料气。
（1）生产水煤气过程中有以下反应：①C(s)+CO2(g)
②CO(g)+H2O(g)
上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为 。
（2）将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：2CH4(g)＋3O2(g)
①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；
根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 （填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是 ；
（3）请在答题卡中，画出（2）中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。
（4）合成气合成甲醇的主要反应是：2H2(g)+CO(g)
此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下：
①该时间段内平均反应速率v(H2)= 。
②比较此时正、逆反应速率的大小：v(正) v (逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）
（5）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是 。
正确答案
（16分）
（1）△H3=△H1+△H2（2分）
（2）Z（2分） 催化效率高且活性温度低，节能（或催化活性高、速度快，反应温度低）（3分）
（3）画图如下（3分）：
（4）①0.080 mol·L－1·min－1 （2分） ②＞（2分）
（5）提高原料利用率（或提高产量、产率也可）（2分）
试题分析：（1）观察3个热化学方程式，发现①+②=③，根据盖斯定律，△H3=△H1+△H2；（2）正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，不利于甲烷转化为CO，因此选择Z催化剂，因为催化效率高且活性温度低，节能（或催化活性高、速度快，反应温度低）；（3）画图要点：反应物的总能量高于生成物的总能量；无催化剂时正、逆反应的活化能较高；催化剂能降低正、逆反应的活化能，对焓变、反应物或生成物的总能量无影响，有催化剂时正、逆反应的活化能较低；标注反应物、生成物、△H、无催化剂、有催化剂；（4）①先用定义式求v(CH3OH)，再用系数之必等于速率之比求v(H2)，即v(CH3OH)=△c(CH3OH)/△t=(0.40—0)mol/L÷10min=0.040mol/(L•min)，由于v(H2)/v(CH3OH)=2/1，则v(H2)=2v(CH3OH)= 0.080mol/(L•min)，保留两位有效数字；②此时c(CH3OH)/[ c2(H2)•c(CO)]=0.40/[0.202×0.10]=100，由于100
为了提高资源利用率，减少环境污染，化工集团将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链，如图所示。
请填写下列空白。
(1)钛铁矿进入氯化炉前通常采取洗涤、粉碎、烘干、预热等物理方法处理，请从原理上解释粉碎的作用：_______________________________________
已知氯化炉中氯气和焦炭的理论用料物质的量之比为7∶6，则氯化炉中还原剂的化学式是___________________________。
(2)已知：①Mg(s)＋Cl2(g)=MgCl2(s)ΔH＝－641 kJ/mol
②2Mg(s)＋TiCl4(s)= 2MgCl(s)＋Ti(s)ΔH＝－512 kJ/mol
则Ti(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(s) ΔH＝________。
(3)氩气通入还原炉中并不参与反应，通入氩气的作用是___________________________
(4)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4OH－=2CO32—＋6H2O，该电池中正极上的电极反应式为_________________________________________。
工作一段时间后，测得溶液的pH________(填“减小”、“增大”或“不变”)。
正确答案
(1)增大反应物间的接触面积，提高反应速率 C、FeTiO3
(2)－770 kJ/mol
(3)Mg和Ti都有强还原性，在氩气氛围中可防止Mg、Ti被氧化
(4)O2＋2H2O＋4e－=4OH－(或3O2＋6H2O＋12e－=12OH－) 减小
(1)粉碎反应物，可以增大其表面积，从而增大反应物之间的接触面积，提高反应速率；氯化炉中发生的反应为6C＋7Cl2＋2FeTiO3=6CO＋2TiCl4＋2FeCl3，由此可知C和FeTiO3为还原剂。(2)根据盖斯定律，由①×2－②得：Ti(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(s)；ΔH＝－770 kJ/mol。(3)氩气性质不活泼可以防止Mg和Ti等具有强还原性的物质被氧化。(4)根据该电池的总反应式可知，反应过程中不断消耗OH－，则该电池工作一段时间后，溶液的pH将减小。
能源的开发利用与人类社会的可持续发展息息相关。
Ⅰ.已知：Fe2O3（s）＋3C（s）=2Fe（s）＋3CO（g）
ΔH1＝a kJ·mol－1
CO（g）＋
4Fe（s）＋3O2（g）=2Fe2O3（s） ΔH3＝c kJ·mol－1
则C的燃烧热ΔH＝________kJ·mol－1。
Ⅱ.（1）依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________（填序号）。
A．C（s）＋CO2（g）=2CO（g）
B．NaOH（aq）＋HCl（aq）=NaCl（aq）＋H2O（l）
C．2H2O（l）=2H2（g）＋O2（g）
D．2CO（g）＋O2（g）=2CO2（g）
若以熔融的K2CO3与CO2为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应：_____________________________________。
（2）某实验小组模拟工业合成氨反应N2（g）＋3H2（g）
请回答下列问题：
①反应达平衡的标志是__________________________（填字母代号，下同）。
A．压强保持不变
B．气体密度保持不变
C．NH3的生成速率是N2的生成速率的2倍
②0～2 min内，以c（N2）变化表示的平均反应速率为________________。
③欲提高N2的转化率，可采取的措施有_____________________________。
A．向体系中按体积比1∶1再充入N2和H2
B．分离出NH3
C．升高温度
D．充入氦气使压强增大
E．加入一定量的N2
（3）25℃时，BaCO3和BaSO4的溶度积常数分别是8×10－9和1×10－10，某含有BaCO3沉淀的悬浊液中，c（CO32-）＝0.2 mol·L－1，如果加入等体积的Na2SO4溶液，若要产生BaSO4沉淀，加入Na2SO4溶液的物质的量浓度最小是________mol·L－1。
正确答案
Ⅰ.
Ⅱ.（1）D CO－2e－＋CO32-=2CO2
（2）①AC ②0.1 mol·L－1·min－1 ③AB （3）0.01
Ⅰ.三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，（①×2＋②×6＋③）÷6得，C（s）＋O2（g）=CO2（g） ΔH＝
（2）①此反应是反应前后气体分子数不相等的反应，压强不变说明达到平衡；因为气体总的质量不变，容器体积不变，所以密度始终不变，不能运用密度不变作为反应达到平衡的标志，NH3的生成速率是N2的生成速率的2倍，说明反应达到平衡。②设反应的N2为x mol，则反应的H2为3x mol，生成的NH3为2x mol，由压强关系得
c（Ba2＋）·c（SO42-）＝Ksp（BaSO4），计算得c（SO42-）＝5×10－3mol·L－1，则加入Na2SO4溶液的物质的量浓度最小是0.01 mol·L－1。
硼及其化合物在耐髙温合金工业、催化剂制造、髙能燃料等方面应用广泛。
（1）氮化硼是一种耐高温材料，巳知相关反应的热化学方程式如下：
2B(s)+N2(g)= 2BN(s) ΔH="a" kJ • mol-1
B2H6 (g)=2B(s) + 3H2 (g) ΔH =b kJ • mol-1
N2 (g) + 3H2 (g)
①反应B2H6(g)+2NH3(g)=2BN(s)+6H2(g) ΔH = (用含a、b、c的代数式表示)kJ ·mol-1。
②B2H6是一种髙能燃料，写出其与Cl2反应生成两种氯化物的化学方程式： 。
（2）硼的一些化合物的独特性质日益受到人们的关注。
①最近美国化学家杰西·萨巴蒂尼发现由碳化硼制作的绿色焰火比传统焰火（硝酸钡）更安全，碳化硼中硼的质量分数为78. 6%，则碳化硼的化学式为 。
②近年来人们将LiBH4和LiNH2球磨化合可形成新的化合物Li3BN2H8和Li4BN3 H10，Li3BN2H8球磨是按物质的量之比n(LiNH2) : n(LiBH4) =" 2" : 1加热球磨形成的，反应过程中的X衍射图谱如图所示。
Li3BN2H8在大于250℃时分解的化学方程式为 ，Li3BN2H8与Li4BN3H10的物质的量相同时，充分分解，放出等量的H2，Li4BN3 H10分解时还会产生固体Li2NH和另一种气体，该气体是 。
（3）直接硼氢化物燃料电池的原理如图，负极的电极反应式为 。电池总反应的离子方程式为 。
正确答案
（1）①a+b-c ②B2H6＋6Cl2=2BCl3＋6HCl
（2）①B4C ②Li3BN2H8
（3）BH4－＋8OH－－8e－=BO2－＋6H2O；BH4－＋2O2=BO2－＋2H2O
试题分析：（1）①将第一个方程式与第二个方程式相加，减去第三个方程式，可得目标方程式，反应热作相应变化即可。
②生成两种氯化物，根据原子守恒只能是BCl3和HCl。
（2）①
②根据衍射图，温度大于250℃，分解产物之一是Li3BN2，则另一产物是H2。从所含有的元素看，还能形成的气体是NH3。
（3）从电池示意图可知，负极通入BH4－和OH－，生成BO2-，据此可写出电极反应式。从示意图上可知，正极反应为O2和H2O生成OH-，正、负极反应式相加可得电池总反应。
2013年初，雾霾天气多次肆虐天津、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）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL1mol/L食盐水,电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）.
①甲烷燃料电池的负极反应式： 。
②电解后溶液的pH= (忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)
③阳极产生气体的体积在标准状况下是 L
正确答案
（1）①略（2分） ② bd （2分）
（2）CH4(g)+N2O4(g) ==N2(g) +2H2O(g) + CO2(g) △H=" —898.1kJ/mol" （3分）
（3）①CH4 —8e— + 2H2O =CO2 + 8H+ （2分）
②14 （2分） ③ 1.68L（3分）
试题分析：
（1）①根据平衡常数公式：
②体系为绝热、恒容，说明与外界没有能量的交换。随着反应的进行，体系的热量会升高。
b、随反应进行温度升高，平衡向左移动，K值降低。
d、当NO的质量分数不变时，说明达到平衡。
（2）根据盖斯定律：CH4(g)+N2O4(g) ==N2(g) +2H2O(g) + CO2(g) △H= —898.1kJ/mol
（3）①CH4在负极是失电子变为CO2。 所以，CH4 —8e— + 2H2O =CO2 + 8H+
②第一阶段先电解HCl，后电解水。先是0.1molCl-放电，生成Cl2,而生成的H2有0.1mol,即有0.2mol的H+产生，则有后0.1mol的H+放电时是由水电离出氢氧根，刚好有0.1molOH-生成，即氢阳根浓度为1mol/L，故PH为14。
③阳极反应：Cl- - 2e- = Cl2
4OH- - 4e- = 2H2O +O2
总共转移0.2mol电子，生成0.05molCl2和0.025molO2，总体积为1.68L。
重晶石（BaSO4）是重要的化工原料，制备氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]的流程如下：
（1）写出煅烧时发生反应的热化学方程式：____________________________。
（2）写出氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合反应的化学方程式：_____________________。
（3）为检测煅烧时产生的CO，可将煅烧产生的气体通入PbCl2溶液中，出现黑色沉淀和产生一种无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体，试写出该反应的化学方程式：_____。
（4）向BaSO4沉淀中加入饱和Na2CO3溶液，充分搅拌，弃去上层清液，如此处理多次，可使BaSO4全部转化为BaCO3。发生的反应可表示为：
BaSO4(s)+CO32－(aq)
现有0.20 mol BaSO4，加入1.0L 2.0mol•L－1饱和Na2CO3溶液处理，假设c(SO42－)起始≈0
平衡时，K=4.0x10－2，求反应达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程结果保留2位有效数字)
（5）试从平衡的角度解释BaSO4可转化为BaCO3的原因：________________________。
正确答案
（17分）
（1）BaSO4(s) + 4C(s)="BaS(s)" + 4CO(g) △H="+571.2" kJ•mol－1
（4分，其中：方程式2分，ΔH 2分，错漏单位扣1分，状态错漏0分。其他计量数，合理即给分）
（2）Ba(OH)2·8H2O +2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10 H2O （2分，写Ba(OH)2反应给0分）
（3）CO +PbCl2+H2O=Pb↓+CO2↑+2HCl （2分）
（4）设发生转化的BaSO4的物质的量为xmol，则平衡时c(SO42－)为x mol•L－1（1分）
BaSO4（s）+CO32－
起始浓度(mol•L－1)： 2.0 0
转化浓度(mol•L－1)： x x
平衡浓度(mol•L－1)： (2.0—x) x （1分）
K=
x = 7.7×10－2 （2分，单位、有效数字错漏合扣1分）
答：发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10－2 mol
（5）BaSO4沉淀中存在沉淀溶解平衡：BaSO4(s)
试题分析：（1）硫酸钡与焦碳在高温下发生氧化还原反应，生成硫化钡和一氧化碳，硫元素由+6降为—2价，碳元素由0升为+2价，根据化合价升降总数相等配平，则该反应为；BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g)；将已知反应编号为①②③，观察发现，②×2+③—①可得重晶石与焦碳的反应式，根据盖斯定律，BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g)的焓变=②的焓变×2+③的焓变—①的焓变=[—221×2—460—（—1473.2）]kJ/mol=+571.2 kJ/mol；（2）铵盐与强碱能发生复分解反应，生成盐、氨气和水，由此推断：Ba(OH)2·8H2O +2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10 H2O；依题意，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳元素由+2升为+4价，则CO是还原剂，由此推断氯化铅是氧化剂，被还原为黑色的单质铅，根据化合价升降总数相等配平，该反应为CO +PbCl2+H2O=Pb↓+CO2↑+2HCl；（4）设发生转化的BaSO4的物质的量为xmol，则平衡时c(SO42－)为x mol•L－1（1分）
BaSO4（s）+CO32－
起始浓度(mol•L－1)： 2.0 0
转化浓度(mol•L－1)： x x
平衡浓度(mol•L－1)： (2.0-x) x （1分）
K=
x = 7.7×10－2 （2分，单位、有效数字错漏合扣1分）
答：发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10－2 mol。
（5）BaSO4沉淀中存在沉淀溶解平衡：BaSO4(s)
目前工业合成氨的原理是：N2(g)+3H2(g)
（1）氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。
（2）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是 。
（3）在恒温恒容装置中进行合成氨反应，各组分浓度-时间图像如下。
① 表示N2浓度变化的曲线是 。
② 前25 min 内，用H2浓度变化表示的化学反应速率是 。
③ 在25 min末刚好平衡，则平衡常数K = 。
（4）在第25 min 末，保持其它条件不变，升高温度，在第35 min末再次平衡。平衡移动过程中H2浓度变化了1.5 mol·L－1，在图中画出第25 min ～ 40 min NH3浓度变化曲线。
（5）已知常温下，NH4+ 的水解常数为1.0×10－9，则0.1mol/L NH4Cl溶液pH= 。（忽略NH4+水解对NH4+浓度的影响）
正确答案
（16分）
（1）－286.0 （2分，不写“－”扣1分）
（2）AD （2分）
（3）① C （2分）
② 0.12 mol / (L·min) （3分，数据2分，单位1分）
③ 0.15 （2分）
（4）
（5） 5 （2分）
试题分析：（1）先将已知两个热化学方程式编号为①②，再根据盖斯定律，将(①×2—②)/3可得：2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) △H=－572.0kJ /mol，最后将系数减半，则焓变随之减半，即H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) △H=－286.0kJ /mol；根据燃烧热概念可得，氢气的燃烧热△H=－286.0kJ /mol；（2）恒温恒压下，气体摩尔体积相同，由于n=V/Vm，则气体体积不再变化，就是气体的物质的量不再变化，说明反应已达平衡，故A正确；气体密度等于气体质量除以气体总体积，根据质量守恒定律可知气体质量始终不变，若气体密度不再变化时，则气体总体积不变，气体的物质的量不变，说明反应已达平衡，故B错；平衡后充入惰性气体，维持恒温恒压，必须增大容器容积，减小各组分浓度，其实质是减小压强，平衡向逆反应方向或气体体积增大方向移动，故C错；平衡后，压缩装置，缩小容器容积，其实质是增大压强，平衡向正反应方向或气体体积减小方向移动，故D正确；（3）①合成氨的原理为N2(g)+3H2(g)
N2(g)+3H2(g)
各组分的起始浓度/ mol·L－1 2.0 6.0 0
各组分的变化浓度/ mol·L－1 1.0 3.0 2.0
各组分的平衡浓度/ mol·L－1 1.0 3.0 2.0
K=
（4）由于合成氨的正反应的△H=－93.0kJ /mol，则正反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向逆反应方向移动，则反应物浓度增大，氨气浓度减小，根据三行数据法可得：
N2(g)+3H2(g)
25min时各组分浓度/ mol·L－1 1.0 3.0 2.0
各组分的变化浓度/ mol·L－1 0.5 1.5 1.0
35min时各组分浓度/ mol·L－1 1.5 4.5 1.0
因此，25min→35min，氨气浓度由2.0mol/L逐渐减小为1.0mol/L；35min→40min，氨气浓度为1.0mol/L，始终保持不变；（5）氯化铵是强酸弱碱盐，其完全电离出的铵根离子部分水解，生成一水合氨和氢离子，存在水解平衡，设溶液中氢离子浓度为xmol/L，由三行数据法可得：
NH4++H2O
各组分的起始浓度/ mol·L－1 0.1 0 0
各组分的变化浓度/ mol·L－1 x x x
各组分的平衡浓度/ mol·L－1 0.1—x x x
K=
由于铵根离子水解程度很小，则0.1—x≈0.1，则
对大气污染物SO2、NOx进行研究具有重要环保意义。请回答下列问题：
（1）为减少SO2的排放，常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料。
已知：① H2（g）＋
②C（s）＋
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式： 。
（2）已知汽车汽缸中生成NO的反应为：N2(g)＋O2(g)
①在1300oC 时，该反应的平衡常数表达式K＝ 。5s内该反应的平均速率ν(N2) ＝ （保留2位有效数字）；
②汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是 。
（3）汽车尾气中NO和CO的转化。当催化剂质量一定时，增大催化剂固体的表面积可提高化学反应速率。下图表示在其他条件不变时，反应2NO(g)＋2CO(g)
①该反应的△H 0 （填“＞”或“＜”）。
②若催化剂的表面积S1＞S2，在右图中画出c(NO) 在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线（并作相应标注）。
正确答案
（1）C(s) + H2O(g) =" CO(g)" + H2(g) △H=+131.3kJ·mol-1
（2）①
② 温度升高，反应速度加快，平衡向右移动（3）① ＜
②见右图：
试题分析：（1）②－①整理可得：C(s) + H2O(g) =" CO(g)" + H2(g) △H=+131.3kJ/mol。（2）①N2(g)＋O2(g) 
，根据化学方程式物质间的关系可知消耗N2的物质的量为8.0×10－3mol.则V(N2)= 8.0×10－4mol÷2.0 L÷5s=8.0×10－5 mol/(L·s)。②由于化学反应N2(g)＋O2(g)
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