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(13分)直接甲醇燃料电池(DNFC)被认为是21世纪电动汽车最佳候选动力源。

(1)101 kPa时,1 mol CH3OH完全燃烧生成稳定的氧化物放出热量726.51 kJ/mol,则甲醇燃烧的热化学方程式为                                     

(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应原理是:

①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)  △H1="+49.0" kJ·mol-1

②CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2

已知H2(g)+O2(g)===H2O(g)  △H ="-241.8" kJ·mol-1

则反应②的△H2=                

(3)甲醇燃料电池的结构示意图如右。甲醇进入    极(填“正”或“负”),该极发生的电极反应为                            

(4)已知H—H键能为436 KJ/mol,H—N键能为391KJ/mol,根据化学方程式:

N2 g+ 3H2 g= 2NH3g ΔH=" —92.4" KJ/mol,则N≡N键的键能是                 

正确答案

(13分)(1)CH3OH(l) + 3/2 O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)  △H =-726.51 kJ/mol (3分)

(2)-192.8 kJ·mol-1  (3分)    

(3)负  (2分) CH3OH+ H2O-6e=CO2 + 6H+ (2分) (4)945.6KJ/mol (3分)

试题分析:(1)根据已知条件可知,甲醇燃烧的热化学方程式为CH3OH(l) + 3/2 O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)  △H =-726.51 kJ/mol。

(2)根据盖斯定律可知,②-①即得到H2(g)+O2(g)=H2O(g),所以该反应的△H=△H2-49.0 kJ·mol-1=-241.8 kJ·mol-1,解得△H2=-192.8 kJ·mol-1

(3)原电池中负极失去电子,正极得到电子。所以甲醇在负极通入。由于含有氢离子交换膜,因此负极电极反应式是CH3OH+ H2O-6e=CO2 + 6H+

(4)反应热等于反应物中化学键的断裂吸收的能量和形成化学键时所放出的能量的差值。因此根据键能可知,ΔH=x+2×436kJ/mol-2×3×391kJ/mol=—92.4 KJ/mol,解得x=945.6KJ/mol,即氮氮三键键能是945.6KJ/mol。

点评:在计算反应热时除根据盖斯定律外,还可以利用键能进行计算。因为化学反应的实质就是旧键断裂。新键形成的过程。

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碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。

(1)甲烷燃烧放出大量的热,可作为能源用于人类的生产和生活。

已知:①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=" —1214" kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=" —566" kJ/mol

则表示甲烷燃烧热的热化学方程式                                          

(2) 将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,构成甲烷燃料电池。其负极电极反应式是:                             

(3)某同学利用甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如下图所示),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。下列说法中正确的是      (填序号)

A.电源中的a一定为正极,b一定为负极

B.可以用NaCl溶液作为电解液

C.A、B两端都必须用铁作电极

D.阴极发生的反应是:2H+ + 2e= H2

(4)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积

为2L的恒容密闭容器中,进行反应:

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:

 

①实验1中,以v (H2)表示的平均反应速率为              

②实验3跟实验2相比,改变的条件可能是                 (答一种情况即可)

正确答案

(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) △H1=—890KJ.mol-1 

(2)CH4-8e-+ 10 OH-CO32-+ 7H2O;    

(3) B、D ;

(4)①  0.16mol/(L·min) ②使用了催化剂;加大了压强(任答一种)

试题分析:(1)甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水,所以甲烷燃烧热的热化学方程式中甲烷的物质的量是1mol,将①②相加除以2可得,答案是CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) △H1=—890KJ.mol-1 

(2)负极发生氧化反应,所以甲烷在负极发生氧化反应,结合电解质溶液,负极的电极反应式为CH4- 8e-+ 10 OH-CO32-+ 7H2O;

(3)A、电解过程中两极分别是H+和Fe放电生成氢气和亚铁离子,所以两极哪端都可以生成氢气,a不一定为正极,b不一定为负极,但a为正极,b为负极,效果较好,错误;B、在装置中铁一定作阳极,所以氯化钠溶液是电解质溶液,不影响阳极Fe放电生成亚铁离子,阴极H+放电生成氢气,正确;C、装置中铁一定作阳极,阴极可以是铁,也可以是其他惰性电极,错误;D、阴极H+放电生成氢气,正确,答案选BD。

(4)①实验1中,CO2的浓度增加0.8mol/L,所以氢气浓度也增加0.8mol/L,v (H2)= 0.8mol/L/5min=0.16mol/(L·min);

②实验3跟实验2相比,到达平衡时间缩短,说明反应速率加快,反应温度、各物质的物质的量均未变,所以可能是使用了催化剂或增大压强。

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研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。

已知:Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g);ΔH1=+489.0 kJ·mol-1

C(s)+CO2(g)=2CO(g);ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

则CO还原Fe2O3的热化学方程式为________________________________

(2)某实验将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种不同条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示,请回答下列问题:

①该反应的平衡常数的表达式为K=________。

②曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K________K(填“大于”、“等于”或“小于”)。

③在下图a、b、c三点中,H2的转化率由高到低的顺序是________(填字母)。

(3)在其他条件不变的情况下,将容器体积压缩到原来的1/2,与原平衡相比,下列有关说法正确的是________(填序号)。

a.氢气的浓度减小

b.正反应速率加快,逆反应速率也加快

c.甲醇的物质的量增加

d.重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大

正确答案

(1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);ΔH=-28.5 kJ·mol1

(2)① ②大于 ③a、b、c

(3)bc

利用盖斯定律即可写出相应的热化学方程式。分析曲线Ⅰ、Ⅱ可知,两曲线的温度不同,且曲线Ⅰ的温度低于曲线Ⅱ的温度,由于该反应是放热反应,所以K>K。H2的起始投入量越少,其平衡转化率越高。在其他条件不变的情况下,将容器体积压缩到原来的1/2,与原平衡相比,所有组分的浓度均增大,正、逆反应速率均加快,平衡正向移动,生成物的物质的量增加,反应物的转化率增大,重新达到平衡时n(H2)/n(CH3OH)减小。

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为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应的措施。化学反应的焓变一般通过实验进行测定,也可进行理论推算。

(1)实验测得,0.3mol气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ热量。写出上述燃烧反应的热化学方程式                 。标准状况下11.2L乙硼烷完全燃烧生成液态水时放出的热量是        kJ。

(2)在化学反应过程中,拆开化学键需要吸收能量,形成化学键又会释放能量。已知拆开1mol氢气中的化学键需要消耗436kJ能量,拆开1mol氧气中的化学键需要消耗496kJ能量,形成水蒸气中的1mol H-O键能够释放463kJ能量。试说明反应2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)中的能量变化。

a=     ,b=      。又知1mol液态水转化成气态水吸收44 kJ能量,则氢气完全燃烧生成液态水时的热化学方程式为                              

(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的反应热,但可测出CH4、石墨和H2燃烧热分别如下:

①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O   ΔH1=-890.3 kJ•mol-1

②C(石墨)+O2(g)= CO2(g)   ΔH2= —393.5 kJ•mol-1

③H2(g)+O2(g)=H2O(l)     ΔH3= ─285.8 kJ•mol-1

④C(石墨)+2H2(g)= CH4(g)  ΔH4

试根据盖斯定律求出石墨生成甲烷的反应热ΔH4=             

正确答案

(12分)(1)  B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(l)  ΔH3=-2165 kJ•mol-1    1082.5  kJ。

(2)a=1368 ,b=1852 。  2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-572 kJ•mol-1 。

(3)ΔH4=-74.8 kJ•mol-1

试题分析:(1)0.3mol气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ热量,所以1mol乙硼烷完全燃烧放出的能量是,则该反应的热化学方程式是B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(l)  ΔH3=-2165 kJ•mol-1。标准状况下11.2L乙硼烷的物质的量是0.5mol,放出的热量是2165 kJ•mol-1×0.5mol=1082.5kJ。

(2)拆开1mol氢气中的化学键需要消耗436kJ能量,拆开1mol氧气中的化学键需要消耗496kJ能量,则a=436kJ×2+496kJ=1368。形成水蒸气中的1mol H-O键能够释放463kJ能量,则b=2×2×463kJ=1852kJ,所以c=1368-1852=484。1mol液态水转化成气态水吸收44 kJ能量,则生成2mol液态水转化成气态水吸收88kJ能量,所以氢气完全燃烧生成液态水时的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-(484+88)=572 kJ•mol-1

(3)根据盖斯定律可知,③×2+②-①即得到反应C(石墨)+2H2(g)=CH4(g) ,所以该反应的反应热ΔH4

=-285.8 kJ/mol×2-393.5 kJ/mol+890.3 kJ/mol=-74.8 kJ/mol。

点评:该题是中等难度试题的考查,主要是考查学生对热化学方程式书写以及反应热计算的熟悉了解程度,旨在巩固学生的基础,提高学生的应试能力,有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性。

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(4分)丙烷在燃烧时能放出大量的热,它是液化石油气的主要成分,作为能源应用于人们的日常生产和生活。  

已知:①2C3H8(g) +7O2(g) =" 6CO(g)" + 8H2O(l) △H1= -2741.8kJ/mol

②2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) △H2= -566kJ/mol

(1)写出表示丙烷气体燃烧热的热化学方程式                                  

(2)现有1mol C3H8在不足量的氧气里燃烧,生成1mol CO和2mol CO2以及气态水,将所有的产物通入一个固定体积为1L的密闭容器中,在一定条件下发生如下可逆反应:

CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g) △H1=" +" 41.2kJ/mol

5min后体系达到平衡,经测定,H2为0.8mol,则υ(H2)=           ,此过程吸收的热量为_____________。

(3)对于反应CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g) △H1=" +" 41.2kJ/mol

在一个绝热的固定容积的容器中,判断此反应达到平衡的标志是             

①体系的压强不再发生变化                           ②混合气体的密度不变

③混合气体的平均相对分子质量不变             ④各组分的物质的量浓度不再改变

⑤体系的温度不再发生变化                      ⑥υ(CO2)=υ(H2O)

正确答案

(1)C3H8(g)+ 5O2(g) ="=" 3 CO2(g) + 4 H2O(l) △H=-2219.9kJ/mol

(2)  0.16mol/(L·min)  32.96kJ

(3) ①④⑤⑥

试题分析:(1)燃烧热强调可燃物为1mol。(①+②×3)÷2得:

C3H8(g)+ 5O2(g) ="=" 3 CO2(g) + 4 H2O(l) △H=-2219.9kJ/mol

(2)υ(H2)= =0.16 mol/(L·min),吸收的热量为41.2×0.8kJ=32.96kJ。

(3)反应前后化学计量数不变,压强不发生变化说明体系温度不发生变化,反应达到平衡状态,①、⑤正确;气体的质量和体积保持不变,所以无论是平衡态还是非平衡态,气体的密度均不变,②错误;气体的质量不变,物质的量不变,所以气体的平均相对分子质量保持不变,③错误;各组分浓度保持不变,说明反应达到平衡状态,④正确;υ(CO2)=υ(H2O)说明正逆反应速率相等,⑥正确。

点评:化学平衡状态的标志是各组分浓度不变、正逆反应速率相等,此外还有其它标志,如体系温度不再发生变化、体系颜色不再发生变化等。

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(1)已知:C3H8(g)+5O2(g) ===3CO2(g)+4H2O(1) △H=-2220.0kJ/mol

H2O(1) ===H2O(g);△H=+44.0kJ/mol

写出丙烷燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式                               

(2)在如图所示的实验装置中,E为一张用淀粉碘化钾溶液润湿的滤纸,C、D为夹在滤纸两端的铂夹,X、Y分别为直流电源的两极。在A、B中充满AgNO3溶液后倒立于盛有AgNO3溶液的水槽中,再分别插入铂电极。切断电源开关S1,闭合开关S2,通直流电一段时间后,B电极质量增重,A极产生无色气体。请回答下列问题:

① 写出D电极反应式:           

②写出水槽中电解AgNO3溶液总反应的离子方程式:                                    ,阴极增重2.16 g,则阳极上放出的气体在标准状况下的体积是____  _L。

正确答案

(1)C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(g) △H=-2044kJ/mol(3分)

(2)2I-2e=I2(2分);4Ag+2H2O4Ag+4H+O2↑(2分);0.112(2分)

试题分析:(1)已知:①C3H8(g)+5O2(g) ===3CO2(g)+4H2O(1) △H=-2220.0kJ/mol、②H2O(1) ===H2O(g);△H=+44.0kJ/mol,则根据盖斯定律可知①+②×4即得到丙烷燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(g),所以该反应的反应热△H=-2220.0kJ/mol+44.0kJ/mol×4=-2044kJ/mol。

(2)①切断电源开关S1,闭合开关S2,则构成电解池。通直流电一段时间后,B电极质量增重,这说明B电极是阴极,溶液中的金属阳离子放电析出金属。A极是阳极,溶液中的OH放电产生无色气体氧气。所以Y电极是电源的负极,X是正极。则D电极是阴极,溶液中的碘离子放电生成单质碘,电极反应式为2I-2e=I2

②惰性电极电解硝酸银溶液生成硝酸、氧气和银,离子方程式为4Ag+2H2O4Ag+4H+O2↑。阴极增重2.16 g,即银的质量是2.16g,物质的量是2.16g÷108g/mol=0.02mol。所以根据方程式可知,生成氧气的物质的量=0.02mol÷4=0.005mol。因此在标准状况下的体积=0.005mol×22.4L/mol=0.112L。

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(14分)2013年10月我市因台风菲特遭受到重大损失,市疾控中心紧急采购消毒药品,以满足灾后需要。复方过氧化氢消毒剂具有高效、环保、无刺激无残留,其主要成分H2O2是一种无色粘稠液体,请回答下列问题:

⑴火箭发射常以液态肼(N2H4)为燃料,液态H2O2为助燃剂。已知:

N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)  △H="-" 534 kJ·mol-1    ①

H2O2(1)=H2O(1)+1/2O2(g)  △H="-" 98.64 kJ·mol-1           

H2O(1)=H2O(g)  △H=+44kJ·mol-l            ③

则反应N2H4(1)+2H2O2(1)=N2(g)+4H2O(g)的△H=       

⑵据报道,以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为+3价)和H2O2作 原料的燃 料电池,负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2,可用作空军通信卫星电,其工作原理如图所示。

则该电池的正极反应____                       ___

⑶H2O2是一种不稳定易分解的物质。右图是H2O2在没有催化剂时反应进程与能量变化图,请在图上画出使用催化剂加快分解速率时能量与进程图 。

⑷某化学兴趣小组欲测定H2O2的分解速率,取溶液0.5L进行分析,数据如表格所示:

在上述表格中已知某一时刻向H2O2溶液中加入催化剂,则加入催化剂后整段时间内H2O2的平均分解速率___________。

⑸H2O2还是一种药物化学分析的氧化剂,能用于药物的分析。

①此检验过程中加过量H2O2反应的离子方程式为______________。

②从红褐色的悬浊液到最后的称量,其过程中所需的基本操作有___________(按操作的顺序填写)。

A.过滤      B.洗涤      C.萃取     D.分液     E.冷却     F.灼烧

③最后称量红棕色固体的质量为0.8960g,那么该药片中硫酸亚铁的质量分数为

_________(小数点后面保留一位有效数字)。

正确答案

(14分,每空2分) -643.28KJ/mol     H2O2+2e-=2OH-     略   0.26 mol/( L.S)

H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O    A.B.F.E   56.7%

试题分析:(1)根据盖斯定律得所求△H="①+②×2+③×2=-" 534 kJ·mol-1+(- 98.64 kJ·mol-1  )×2+-44 kJ·mol-1 ×2=-643.28KJ/mol ;

(2)正极发生还原反应,所以从图中可知,正极是过氧化氢的还原反应生成氢氧根离子,电极反应式为H2O2+2e-=2OH-  

(3)使用催化剂,可以降低反应的活化能,加快反应速率,但反应热不变,所以在原图的基础上降低曲线的高度,但起点与终点不变;

(4)从表中数据可知,前6s内过氧化氢的物质的量减少缓慢,6s后,过氧化氢的物质的量减少很快,说明此时加入了催化剂,所以6s~10s之间,过氧化氢的浓度减少(0.55mol-0.03mol)/0.5L,则这段时间的平均反应速率为(0.55mol-0.03mol)/0.5L/4s="0.26" mol/( L·S);

(5)①过氧化氢与硫酸亚铁发生氧化还原反应生成硫酸铁和水,离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2

②红棕色固体是氧化铁固体,所以从红褐色浊液到红棕色固体需要过滤沉淀,洗涤沉淀,灼烧沉淀为氧化铁,冷却,最后称量,所以答案选ABFE;

③0.8960g的氧化铁的物质的量是0.0056mol,则药片中硫酸亚铁的质量为0.0056mol×2×152g/mol=1.7024g,10片药片的质量是0.3g×10=3g,所以药片中硫酸亚铁的质量分数为1.7024g/3g×100%=56.7%

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氯化铁是一种重要的化工原料,无水氯化铁遇潮湿空气极易吸水生成FeCl3·nH2O。

(1)实验室用如下装置(部分加热、夹持等装置已略去)制备无水氯化铁固体。

①装置A中仪器z的名称是___________。

②简述检验装置A气密性的操作:______________________。

③按气流方向连接各仪器接口,顺序为a→_________ →__________ →_________ →__________→b→c→_________→__________,装置D的作用是______________________。

(2)工业上制备无水氯化铁的一种工艺流程如下:

①吸收塔中发生反应的离子方程式为_________________________________________。

②简述由FeCl3·6H2O晶体得到无水氯化铁的操作:________________________________。

③用碘量法测定所得无水氯化铁的质量分数:称取m克无水氯化铁样品,溶于稀盐酸,再转移到100 mL容量瓶中,用蒸馏水定容;取出10 mL,加入稍过量的KI溶液,充分反应后,滴入指示剂_________(填试剂名称),用c mol/L的Na2S2O3溶液进行滴定,终点时消耗V mLNa2S2O3溶液(已知:I2+2S2O32=2I+S4O62)。则样品中氯化铁的质量分数为____________。

(3)若已知:

Fe(OH)3(aq)Fe3(aq)+3OH(aq) △H=a kJ/mol

H2O(l)H(aq)+OH(aq)  △H=b kJ/mol

请写出Fe3发生水解反应的热化学方程式________________________________________。

正确答案

(16分)(1)①分液漏斗(1分,写错字不得分)

②关闭a处弹簧夹和分液漏斗的活塞,向分液漏斗中加入较多的水,然后打开分液漏斗的活塞,使水缓缓流下,若分液漏斗中的水不能完全漏下,说明装置气密性好(或在a管处接一导管,并将导管末端插入水中,同时关闭分液漏斗的活塞,用酒精灯给圆底烧瓶微热,若导管末端有气泡冒出,停止加热恢复室温时,导管末端形成一小段水柱,说明装置气密性好。(2分,合理答案即可)③a→h→i→d→e→b→c→f→g  (2分,顺序写错不得分) 吸收未反应的Cl2 (1分),同时防止空气中的水蒸气进入装置B  (1分) (共2分,合理答案即可)

(2)①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl(2分,化学式写错、不配平均不得分,写化学方程式不得分)

②将FeCl3·6H2O晶体置于HCl气流中加热(2分,合理答案即可)

③淀粉溶液或淀粉  (1分) %或 或×100% (2分,合理答案即可)

(3)Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(aq) + 3H+(aq) △H=(3b-a)kJ·mol-1 (2分,化学式写错、表达式写错、不配平、漏写物质状态、漏写单位均不得分)

试题分析:(1)①根据装置的结构特点可判断,装置A中仪器z的名称是分液漏斗;

②装置气密性检验一般是借助于气压差,因此根据该装置的特点可知,检验装置A气密性的操作应该是关闭a处弹簧夹和分液漏斗的活塞,向分液漏斗中加入较多的水,然后打开分液漏斗的活塞,使水缓缓流下,若分液漏斗中的水不能完全漏下,说明装置气密性好(或在a管处接一导管,并将导管末端插入水中,同时关闭分液漏斗的活塞,用酒精灯给圆底烧瓶微热,若导管末端有气泡冒出,停止加热恢复室温时,导管末端形成一小段水柱,说明装置气密性好。

③由于无水氯化铁遇潮湿空气极易吸水生成FeCl3·nH2O,而制得的氯气中含有水蒸气和氯化氢,所以在和铁反应之前需要净化氯气。氯化氢用饱和食盐水除去,浓硫酸用来干燥氯气,且首先除去氯化氢,最后干燥。同时为了防止氯气污染空气,且也为了防止空气中的水蒸气进入反应器,还需要有尾气处理装置,选择的装置是盛有碱石灰的干燥管,所以正确的连接顺序为a→h→i→d→e→b→c→f→g;根据以上分析可知,装置D的作用是吸收未反应的Cl2,同时防止空气中的水蒸气进入装置B。

(2)①从吸收塔中出来的是氯化铁溶液,所以吸收剂X应该是氯化亚铁,所以该反应的离子方程式为2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

②由于氯化铁水解生成氢氧化铁和氯化氢,水解吸热,且生成的 氯化氢极易挥发,进一步促进水解,所以由FeCl3·6H2O晶体得到无水氯化铁的操作应该是将FeCl3·6H2O晶体置于HCl气流中加热;

③氯化铁能把碘化钾氧化生成单质碘,而碘遇淀粉显蓝色,所以加入的指示剂应该是淀粉溶液;根据方程式2Fe3+2I=2Fe2+I2、I2+2S2O32=2I+S4O62可知2Fe3~I2~2S2O32,则10ml溶液中铁离子的物质的量是0.001cVmol,所以原样品中氯化铁的物质的量是0.001cVmol×=0.01cVmol,因此氯化铁的质量是0.01cVmol×162.5g/mol=1.625cVg,则样品中氯化铁的质量分数为×100%=%。

(3)已知①Fe(OH)3(aq)Fe3(aq)+3OH(aq) △H=a kJ/mol,②H2O(l)H(aq)+OH(aq)  △H=b kJ/mol,则根据盖斯定律可知②×3-①即得到方程式)Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(aq) + 3H+(aq),所以该反应的反应热△H=(3b-a)kJ·mol-1

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填空题

(1)CH4(g )+2O2(g )=CO2(g )+2H2O(g )    ΔH=-802.3kJ/mol

该热化学反应方程式的意义是_____________________________________。

(2)已知2g乙醇完全燃烧生成液态水放出Q kJ的热量,写出表示乙醇燃烧热的热化学方

程式:____________________________________________________________.

(3)已知拆开1mol H-H键,1mol N-H键,1mol 键分别需要的能量是436kJ、391KJ、946kJ,则N2与H2反应生成1mol NH3(g)的热化学方程式是___________________.

(4)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。

已知:C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g)       ΔH=-393.5kJ/mol   ①

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)               ΔH=-571.6kJ/mol   ②

2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)   ΔH=-2599kJ/mol   ③

根据盖斯定律,计算298K时由C(石墨,s)和H2(g)生成1mol C2H2(g)反应的焓变:

____________________________.

正确答案

(1)1mol甲烷气体和2mol的氧气完全反应生成1mol二氧化碳和2mol水蒸气时放出802.3KJ的热量。(2)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ; ΔH=-23QKJ∕mol  (3)( 1∕2) N2(g)+( 3∕2) H2(g)=NH3(g) ; ΔH=-46KJ∕mol  (4)+226.7KJ∕mol。

试题分析:(1)该热化学反应方程式的意义是1mol甲烷气体和2mol的氧气完全反应生成1mol二氧化碳和2mol水蒸气时放出热量802.3KJ。(2)乙醇的相对分子质量是46.1mol乙醇的质量为46g。因为2g乙醇燃烧生成液态水放热Q kJ,所以46g乙醇燃烧生成液态水时放出的热量为23 Q kJ,所以其燃烧热的热化学方程式为:C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ; ΔH=-23QKJ∕mol。反应热是断裂化学键吸收的能量与形学键所释放的能量差。所以N2与H2反应生成1mol NH3(g)的反应热为( 1∕2)×946+( 3∕2) ×436-3×391=-46.故该反应的热化学方程式是( 1∕2) N2(g)+( 3∕2) H2(g)=NH3(g) ; ΔH="-46KJ∕mol" (4) ①×2+(1∕2 )×②-(1∕2 )×③得ΔH=2×(-393.5)+(1∕2 )×(-571.6)+(1∕2 )×2599=+226.7KJ∕mol.。该反应的热化学方程式为:2C(石墨,s)+H2(g)=C2H2(g )  ; ΔH=+226.7KJ∕mol.

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填空题

(9分)(1)由盖斯定律结合下述反应方程式,回答问题:

(1)NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)          △H= —176KJ/moL

(2)NH3(g)+H2O(l)=NH3﹒H2O(aq)       △H= —35.1KJ/moL

(3)HCl(g)+H2O(l)=HCl(aq)             △H= —72.3KJ/moL

(4)NH3﹒H2O(aq)+ HCl(aq)= NH4Cl(aq)   △H= —52.3KJ/moL

则NH4Cl(s)+2 H2O(l)= NH4Cl(aq)是       热反应,其反应热的热效应值是               KJ/moL。

(2)在25℃,101KPa下,1克的一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳时放热10.1KJ.请写出一氧化碳燃烧热的热化学方式                                       ,此反应熵的变化情况         (填熵增、熵减、不变)。

(3)科学家预言,燃料电池将成为20世纪获得电力的重要途径。用两种或多种碳酸盐的低熔点混合物为电解质,采用吸渗锦粉作阴极,多孔性氧化镁作阳极,以含一氧化碳为主要成分的阳极燃料气,混有CO2的空气为阴极燃气,在650℃电池中发生电极反应,这种电池在国外已经问世。请写出有关的反应式。

负极反应:                                                          

正极反应:                                                          

正确答案

(1)吸 (1分) 16.3 (2分) CO(g)+1/2O2(g)=== CO2(g) ΔH=-282.8kJ/mol

(1分) 熵减(1分)负极:CO+CO32-2e=2CO2;(2分)

正极:O2+2CO2+4e=2CO32;(2分)

试题分析:由盖斯定律NH4Cl(s)+2 H2O(l)= NH4Cl(aq)    ΔH=+16.3 kJ/mol 是热反应,其反应热的热效应值是16.3 KJ/moL。

(2)在25℃,101KPa下,1克的一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳时放热10.1KJ.请写出一氧化碳燃烧热的热化学方式 CO(g)+1/2O2(g)=== CO2(g) ΔH=-282.8 kJ/mol

,此反应熵的变化情况熵减

(3)燃料电池用两种或多种碳酸盐的低熔点混合物为电解质,以含一氧化碳为主要成分的阳极燃料气,负极反应CO+CO32-2e=2CO2;正极反应混有CO2的空气为阴极燃气,正极反应:O2+2CO2+4e=2CO32

点评:熵是新增的化学术语,熵:体系混乱度(或无序度)的量度。对他只要求会简单应用即可;

注意点

1.燃烧热是以1 mol可燃物作为标准来进行测定的,因此在计算燃烧热时,热化学方程式里其他物质的化学计量数常出现分数:如H2(g)+ 1/2O2(g)====H2O(l);ΔH=-285.8 kJ·mol-1这时的分数是代表摩尔数(即为参加反应的物质的量)而不是分子个数,所以是合理的。

注:化学方程式系数只为整数,而热化学方程式可以有分数。

2.热化学方程式中ΔH表示生成物总焓与反应物总焓之差。

3.反应热中ΔH为负,则为放热反应;为正,则为吸热反应,燃烧热为反应热的一种,其ΔH为负值。

4. 反应热 化学方程式中ΔH为负值 而在叙述时。

用正值描述可以记忆为燃烧热无负值,△H有正负,+为吸,-为放,强化记忆有帮助。

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填空题

Ⅰ已知在常温常压下:①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)  △H=_1275.6kJ•mol-1

②H2O(l)═H2O(g)  △H=+44.0kJ•mol-1写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式:               

Ⅱ.甲醇可以与水蒸气反应生成氢气,反应方程式如下:

CH3OH(g) + H2O(g)  CO2(g) + 3H2(g) ;△H>0

(1)一定条件下,向体积为2L的恒容密闭容器中充入1molCH3OH(g)和3molH2O(g),20s后,测得混合气体的压强是反应前的1.2倍,则用甲醇表示该反应的速率为       

(2)判断中可逆反应达到平衡状态的依据是(填序号)             

①v(CH3OH) = 3v(H2)  ②混合气体的密度不变  ③混合气体的平均相对分子质量不变      ④CH3OH、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化    ⑤CO2和H2的浓度之比为1:3

(3)图中P是可自由平行滑动的活塞,关闭K,在相同温度时,向A容器中充入1molCH3OH(g)和2molH2O(g),向B容器中充入1.2molCH3OH(g) 和2.4molH2O(g),两容器分别发生上述反应。 已知起始时容器A和B的体积均为aL,反应达到平衡时容器B的体积为1.5aL,容器B中CH3OH转化率为      ;维持其他条件不变,若打开K一段时间后重新达到平衡,容器B的体积为     L(连通管中气体体积忽略不计,且不考虑温度的影响)。

Ⅲ.如图甲、乙是电化学实验装置。请回答下列问题:

(1)若两池中均盛放CuSO4溶液

①甲池中石墨棒上的电极反应式为____________________.

②如果起始时乙池盛有200mL CuSO4溶液,电解一段时间后溶液蓝色变浅,若要使溶液恢复到电解前的状态,需要向溶液中加入0.8g CuO,则其电解后的pH为     (忽略溶液体积的变化)。

(2)若甲池中盛放饱和NaCl溶液,则甲池中石墨棒上的电极反应式为__________________.

正确答案

ⅠCH3OH(l)+3/2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) ;△H=_725.8kJ•mol-1 

Ⅱ.(1)0.01mol/(L·s) (2) ③④    (3)75%      1.75a

Ⅲ.(1)①Cu2+2e- = Cu(1分)   ② 1 

(2)O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-(2分)   

试题分析:Ⅰ.根据燃烧热的概念结合题给反应:①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g) △H=_1275.6kJ•mol-1②H2O(l)═H2O(g)  △H=+44.0kJ•mol-1利用盖斯定律:①×1/2—②×2得表示甲醇燃烧热的热化学方程式:CH3OH(l)+3/2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) ;△H=_725.8kJ•mol-1;Ⅱ.甲醇可以与水蒸气反应生成氢气,反应方程式如下:CH3OH(g) + H2O(g)  CO2(g) + 3H2(g) ;△H>0(1)根据阿伏加德罗定律:等温等容条件下,气体的压强之比等于气体的物质的量之比,分析题意知,反应前气体的总物质的量为4mol,20s后,测得混合气体的压强是反应前的1.2倍,则混合气体的物质的量为4.8mol,增加0.8mol,结合反应方程式CH3OH(g) + H2O(g)  CO2(g) + 3H2(g) 利用差量法计算,参加反应甲醇的物质的量为0.4mol,根据v=△n/V△t计算,用甲醇表示该反应的速率为0.01mol/(L·s);(2)①v(CH3OH) = 3v(H2),不符合v = v,错误;②根据密度的定义式判断,混合气体的密度不随反应的进行而变化,为恒量,不能作为平衡标志,错误;③根据摩尔质量的定义判断,混合气体的平均相对分子质量随反应的进行不断变化,当其不变时已达平衡,正确;④CH3OH、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化,正确;⑤平衡时CO2和H2的浓度之比不一定为1:3,错误,选③④ ;(3)根据题给装置图判断,B容器维持温度和压强不变,根据阿伏加德罗定律:等温等压下气体的体积之比等于气体的物质的量之比, 已知起始时容器B的体积为aL,反应达到平衡时容器B的体积为1.5aL,反应前容器B中气体的总物质的量为3.6mol,则平衡后混合气体的物质的量为5.4mol,气体物质的量增加1.8mol,结合题给方程式利用差量法计算参加反应CH3OH的物质的量为0.9mol,转化率为75%;维持其他条件不变,若打开K一段时间后,相当于2.2molCH3OH(g) 和4.4molH2O(g)反应在等温等压条件下进行,重新达到平衡,根据等效平衡知识判断,气体的总体积为2.75aL,则容器B的体积为1.75aL;Ⅲ.(1)①甲池为原电池,石墨棒作正极,电极反应式为Cu2+2e- = Cu;②如果起始时乙池盛有200mL CuSO4溶液,电解一段时间后溶液蓝色变浅,若要使溶液恢复到电解前的状态,需要向溶液中加入0.8g CuO,则电解生成0.01mol铜和0.005mol氧气,根据电极反应式

2H2O - 4e-=O2↑ + 4H+判断,生成的氢离子物质的量为0.02mol,物质的量浓度为0.1mol/L,则其电解后的pH为1;(2)若甲池中盛放饱和NaCl溶液,则甲池为钢铁的吸氧腐蚀,石墨棒上的电极反应式为O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-

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Ⅰ.将由Na、Ba2、Cu2、SO42、Cl组合形成的三种强电解质溶液,分别装入下图装置中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解,电极均为石墨电极。

接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如右上图(忽略因气体溶解带来的影响)。据此回答下列问题:

(1)在甲中烧杯中滴加酚酞,   极(填a或b)附近溶液会变红。

(2)写出乙烧杯中发生反应的化学方程式           

(3)电极f上发生的电极反应式为           

(4)若经过一段时间后,测得乙烧杯中c电极质量增加了8g,要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态,应进行的操作是           

Ⅱ.工业上利用BaSO4制备BaCl2的工艺流程如下:

某活动小组的同学在实验室以重晶石(主要成分BaSO4)为原料,对上述工艺流程进行模拟实验。

(1)上述过程中,气体用过量NaOH溶液吸收得到Na2S。Na2S水溶液显碱性的原因是     。(用离子方程式表示)

(2)已知有关反应的热化学方程式如下:

BaSO4(s) +4C(s)4CO(g)+BaS(s) △H1 = +571.2kJ/mol      ①

C(s) +CO2(g)2CO(g)  △H2 = +172.5kJ/mol               ②

则反应BaSO4(s) +2C(s)2CO2(g) + BaS(s) △H3 =     

(3)在高温焙烧重晶石过程中必须加入过量的炭,同时还要通入空气,其目的是     

正确答案

试题分析:Ⅰ在电解时乙中c电极质量增加,说明c电极为阴极,则直流电源M极为负极,N极为正极。由于开始时溶液的PH值甲、丙是7,二者应为强酸强碱盐;乙的PH小于7,为强酸弱碱盐,结合已知条件,含Cu2。(1)随着电解的进行,甲的PH逐渐增大,说明H2O和电解质都发生了反应,甲为氯化物。H+在阴极a电极放电,由于破坏了附近的水的电离平衡,其附近的OH-浓度增大,所以滴加酚酞a电极附近会变红,Cl-在阳极b放电(2);乙的PH逐渐减小,说明OH-放电,含有含氧酸根离子SO42、乙是CuSO4溶液.乙烧杯的化学方程式是:

(3)丙在电解过程中PH不变,一直是7,说明丙为活泼金属的含氧酸盐,电解的实质是水,丙为Na2SO4溶液.在f极OH-放电,电极反应式为:4OH-—4e-=O2↑+2H2O。(4)根据电解方程式可知要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态,应加入两电极的产物反应得到的物质即可,即加入CuO,其质量为10克。

Ⅱ(1)Na2S是强碱弱酸盐, S2-水解消耗水电离产生的H+,最终整个溶液中c(OH-)〉c(H+),呈碱性,离子方程式为

(2)、①-②×2得:该反应方程式,△H3=△H1-2△H2="+571.2" kJ/mol-2×172.5 kJ/mol="+226.2" kJ/mol.

(3)该反应为吸热反应,碳燃烧放热可为反应提供能量,所以要加入过量的炭,并且要不断通入空气。

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2013年初,雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤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) 2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如图所示。

据此判断:

①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)

②在T2温度下,0~2 s内的平均反应速率v(N2)=______________________。

③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。

④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。

①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。

例如:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-867 kJ/mol

2NO2(g)N2O4(g) ΔH2=-56.9 kJ/mol

写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式:________________________________________________________________________。

②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的

目的。如图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为__________________________。

③常温下,0.1 mol·L-1的HCOONa溶液pH为10,则HCOOH的电离常数Ka=________。

正确答案

(1)①<

②0.025 mol·L-1·s-1或0.025 mol/(L·s)

③如图

④bd

(2)①CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-810.1 kJ/mol ②CO2+2H+2e=HCOOH ③10-7mol·L-1

(1)①由图中曲线可以看出,在催化剂表面积相同的情况下,T1温度时先达到平衡,则T1>T2,但温度高时CO2的浓度小,说明升高温度平衡逆向移动,该反应的正反应为放热反应,即ΔH<0。②v(N2)=v(CO2)=×=0.025 mol·L-1·s-1。③温度相同,质量相同的催化剂,表面积越小反应速率越慢。④a项,只能说明t1时正反应速率最快,但不一定处于平衡状态;c项,t1时,只能说明n(NO)=n(CO2),不能说明正逆反应速率相等,不是平衡状态。(2)①根据盖斯定律,将两个热化学方程式相减可得CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-810.1 kJ/mol。②CO2转变成HCOOH,碳的化合价降低,CO2被还原,即CO2发生还原反应与H结合生成HCOOH。(3)甲酸的电离平衡为HCOOHH+HCOO,0.1 mol·L-1的HCOONa溶液中存在水解平衡:H2O+HCOOHCOOH+OH,溶液中c(HCOO)=(0.1-1.0×10-4) mol·L-1,c(H)=10-10mol·L-1,c(HCOOH)=10-4mol·L-1,故电离平衡常数Ka=10-7 mol·L-1

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运用化学反应原理研究NH3的性质具有重要意义。请回答下列问题:

(1)氨气、空气可以构成燃料电池.其电池反应原理为4NH3+3O2=2N2+6H2O。则电解质溶液应该显             (填“酸性”“中性”或“碱性”).正极的电极反应式为           

(2)25℃时.将amol·L—1的氨水与0.1mol·L—1的盐酸等体积混合。

①当溶液中离子浓度关系满足c(NH4+)>c(Cl-))时.则反应的情况可能为          

A.盐酸不足.氨水剩余   B.氨水与盐酸恰好完全反应    C.盐酸过量

②当溶液中c(NH4+)=c(Cl-))时.用含“a”的代数式表示NH3·H2O的电离平衡常数Kb=______________.

(3)在0.5L恒容密闭容器中,一定量的N2与H2进行反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ∆H=bkJ/mol,其化学平衡常数K与温度的关系如下:

 

①写出该反应的化学平衡常数的表达式:__________,b________(填“大于”“小于”或“等于”)0

②400℃时,测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时,此时刻该反应的v(N2)_________(填“大于”“小于”或“等于”)v(N2).

(4)已知:①4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) ∆H="-1266.8KJ/mol" ;②N2(g)+O2(g)=2NO(g)  ∆H=+180.5KJ/mol,写出氨高温催化氧化的热化学方程式:                    

正确答案

(1)碱性;O2+2H2O+4e=4OH   (2)①A  ② mol·L-1(或

(3)①K=;小于   ②小于

(4)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)ΔH=-905.8 kJ/mol

试题分析:(1)氨气的水溶液显碱性,所以根据燃料及反应原理可确定。电解质溶液应该选碱性。在该燃料电池中,燃料作负极,发生氧化反应,通入O2的电极作正极,正极上发生还原反应。电极反应为:O2+2H2O+4e=4OH。(2)① 若氨水与盐酸恰好发生反应,c(Cl-)=c(NH4+)。NH4+部分发生水解反应又有所消耗,使得溶液中的c(NH4+)-)。现在溶液中离子浓度关系满足c(NH4+)>c(Cl-)),说明氨水过量,盐酸布足量。因此正确选项为A. ② 根据溶液的电荷守恒可得:c(H+)+c(NH4+)=c(Cl-)+(OH-),由于溶液中c(NH4+)=c(Cl-),在25℃时c(H+)= (OH-)=10-7mol/L,。(3) ① 化学平衡常数是可能反应达到平衡状态时个生成物的浓度幂指数的乘积与个反应物浓度的幂指数乘积的比。即K=。由化学平衡常数K与温度的关系可知,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡一定原理,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,逆反应方向为吸热反应,所以正反应为放热反应。所以b<0. ②400℃时c(NH3)=6mol/L,c(N2)=4mol/Lc(H2)="2mol/L." =>0.5,所以化学平衡向逆反应方向移动。即此时刻该反应的v(N2(N2). ①+②×2,整理可得:4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)ΔH=-905.8 kJ/mol。

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填空题

(1)已知:①Fe(s)+1/2O2(g)=FeO(s)      △H1=-272.0KJ·mol-1

②2Al(s)+3/2(g)=Al2O3(s)    △H2=-1675.7KJ·mol-1

Al和FeO发生铝热反应的热化学方程式是__                                 __。

某同学认为,铝热反应可用于工业炼铁,你的判断是_   (填“能”或“不能”),你的理由                                                                          

(2)反应物与生成物均为气态的某可逆反应在不同条件下的反应历程分别为A.B,如图所示。①据图判断该反应是  (填“吸”或“放” )热反应,当反应达到平衡后,其他条件不变,,升高温度,反应物的转化率将      (填“增大”、 “减小”或“不变”)。

②其中B历程表明此反应采用的条件为    

(填字母)。

A.升高温度        B.增大反应物的浓度

C.降低温度        D.使用催化剂

正确答案

(1)2Al(s)+3FeO(s)═Al2O3(s)+3Fe(s)△H="-859.7" kJ•mol-1。不能,该反应需要引发,需要消耗大量能量(2)①吸;减小;②D

试题分析::(1)①Fe(s)+1/2O2(g)=FeO(s)      △H1=-272.0KJ·mol-1;②2Al(s)+3/2(g)=Al2O3(s)    △H2=-1675.7KJ·mol-1;依据盖斯定律②-①×3得到热化学方程式为:2Al(s)+3FeO(s)═Al2O3(s)+3Fe(s)△H=-859.7 kJ•mol-1故答案为:2Al(s)+3FeO(s)═Al2O3(s)+3Fe(s)△H="-859.7" kJ•mol-1。(2)①由图可知,反应物的总能量低于生成物的总能量,该反应为吸热反应;升高温度平衡向逆反应方向移动,反应物的转化率减小,故答案为:吸;减小;②由图可知,反应历程B与A相比,改变反应历程,应是使用催化剂,故答案为:D;

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