- 化学反应条件的控制
- 共213题
（实验班必做，平行班选作）
甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）．
（1）分析该反应并回答下列问题：
①平衡常数的表达式为K=______．
②下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是______（填字母编号）．
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
b．一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
c．恒温、恒容条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH3OH
（2）如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．该反应的△H______0（填“＞”、“＜”或“=”）；T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1______K2（填“＞”、“＜”或“=”）．若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______（填字母编号）．
a．升高温度 b．将CH3OH（g）从体系中分离
c．使用合适的催化剂 d．充入He（g），使压强增大
（3）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-b kJ•mol-1
③H2O（g）=H2O（l）△H=-c kJ•mol-1
则CH3OH（l）和O2生成CO和H2O（l）的热化学方程式是：______．
（4）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．该电池工作时，b口通入的物质是______，正极上的电极反应式为______．
（5）以上述电池做电源，用如图3所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示）：______．
正确答案
（1）①可逆反应：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）的平衡常数k=
②a．随反应进行，气体的物质的量减小，容器内压强减小，容器内的压强不发生变化，说明到达平衡状态，故a正确；
b．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，说明正逆反应速率相等，说明到达平衡状态，故b正确；
c．平衡时各组分的浓度、含量不变，说明到达平衡状态，故c正确；
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1molCH3OH，都表示正反应速率，自始至终都按此比例进行，不能说明到达平衡状态，故d错误．
故答案为：d；
（2）由图1可知，温度T1＜T2，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为放热反应；升高温度，平衡向逆反应移动，所以K1＞K2，
a．升高温度，平衡向逆反应移动，甲醇产率降低，故a错误；
b．将CH3OH（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，甲醇产率增大，故b正确；
c．使用合适的催化剂，缩短到达平衡时间，不影响平衡移动，甲醇产率不变，故c错误；
d．容器容积不变，充入He（g），使压强增大，但反应混合物的浓度不变，不影响平衡移动，甲醇产率不变，故d错误；
故b可以使甲醇产率增大，故答案为：＜；＞；b；
（3）已知：①2CH3OH（1）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-b kJ•mol-1
③H2O（g）=H2O（1）△H=-c kJ•mol-1
由盖斯定律可知，①-②+③×4得2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l）△H=-（a+4c-b） kJ•mol-1
故答案为：2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l）△H=-（a+4c-b） kJ•mol-1；
（4）由装置图可知，b极通入气体后产生气体，c极通入气体后产生水，故b极通入为甲醇，c极通入的是氧气，原电池负极发生氧化反应，正极反应还原反应，氧气在正极放电，与氢离子结合生成水，正极电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，故答案为：甲醇；O2+4H++4e-=2H2O；
（5）电解池阳极发生氧化反应，金属Al放电Al-3e-=Al3+，生成Al3+，Al3+与HCO3-发生双水解Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+CO2↑，生成Al（OH）3溶液变浑浊，
故答案为：Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+CO2↑．
火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．
（1）脱硝．利用甲烷催化还原NOx：
CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ•mol-1
CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=-1160kJ•mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为______．
（2）脱碳．将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H3
①取五份等体积的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的关系曲线如图1所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3______0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2，进行上述反应．测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．试回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为______mol/（L•min）；该温度下，反应的平衡常数的值为______；第10min后，向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，则再次达到平衡时CH3OH（g）的体积分数______（填变大、减少、不变）．
（3）脱硫．某种脱硫工艺中将废气经处理后，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．硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因用离子方程式表示为______；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“＜”）
正确答案
（1）已知：①CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ•mol-1
②CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=-1160kJ•mol-1
则CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=
故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①根据图是内容知道：温度升高，甲醇的体积分数φ（CH3OH）减小，平衡逆向移动，所以反应是放热的，即△H＜0，故答案为：＜；
②0～10min内，二氧化碳的平均反应速率=
CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）
初始浓度：1 3 0 0
变化浓度：0.75 2.25 0.75 0.75
平衡浓度：0.25 0.75 0.75 0.75
所以平衡常数K=
向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，会使得压强增大，平衡正向移动，所以则再次达到平衡时CH3OH（g）的体积分数变大，故答案为：0.225；
（3）硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因是溶液中铵根离子水解显示酸性，即NH4++H2O═NH3•H2O+H+，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（NH4+）=c（NO3-）+c（OH-），所以c（Na+）+c（H+）＜c（NO3-）+c（OH-），故答案为：＜．
运用化学反应原理研究元素及其化合物的反应对生产、生活有重要意义．
请回答下列问题：
（1）工业上以辉铜矿（主要成分 Cu2S）为原料，采取火法熔炼工艺生产铜．该过程中有如下反应：
2Cu2S（s）+3O2（g）=2Cu2O（s）十2SO2（g）△H=-768.2KJ•mol-1
2Cu2O（s）+Cu2S（s）=6Cu（s）+SO2（g）△H=+116.0KJ•mol-1
则反应Cu2S（s）+O2（g）=2Cu（s）+SO2（g）的△H=______．
（2）硫酸生产中涉及反应：2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）．
①一定条件下，的平衡转化率和温度的关系如右图所示．该反应的△H______O（填“＞”或“＜”）．反应进行到状态D时，v正______v逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某温度时，将4molSO2和2molO2通入2L密闭容器中，10min时反应达到平衡状态，测得SO3的浓度为1.6mol•L-1，则0～10min内的平均反应速率v（SO2）=______，该温度下反应的平衡常数K=______．
③下列叙述能证明该反应已经达到化学平衡状态的是（填标号，下同）______
A．容器内压强不再发生变化 B．SO2的体积分数不再发生变化
C．容器内气体质量不再发生变化 D．容器内气体密度不再发生变化
④以下操作将引起平衡向正反应方向移动并能提高SO2转化率的是______
A．向容器中通入少量O2 B．向容器中通入少量SO2C．使用催化剂 D．升高温度E．恒容通入少量氦气
⑤气体SO2是大气污染物，可选用下列试剂中的______吸收．
a．浓H2SO4 b．稀HNO3 c．NaOH溶液 d．氨．
正确答案
（1）已知：①2Cu2S（s）+3O2（g）=2Cu2O（s）十2SO2（g）△H=-768.2KJ•mol-1
②、2Cu2O（s）+Cu2S（s）=6Cu（s）+SO2（g）△H=+116.0KJ•mol-1
根据盖斯定律，①+②的3Cu2S（s）+3O2（g）=6Cu（s）+3SO2（g），故△H=
故答案为：-217.4kJ•mol-1；
（2）①由图可知，温度越高SO2的转化率越小，即升高温度平衡向逆反应移动，故正反应是放热反应，即△H＜0；
状态D时的SO2的转化率为80%，未达到90%，反应向正反应进行，v正＞v逆；
故答案为：＜；＞；
②10min时反应达到平衡状态，SO3的浓度为1.6mol•L-1，故v（SO3）=
2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）．
开始（mol/L）：2 1 0
变化（mol/L）：1.6 0.8 1.6
平衡（mol/L）：0.4 0.2 1.6
所以该温度下平衡常数k=
故答案为：0.16nol/（L•min）；80L•mol-1；
③A．随反应进行气体的物质的量减少，压强降低，容器内压强不再发生变化，说明到达平衡，故A正确；
B．达到平衡状态时，各物质的百分含量不变，SO2的体积分数不再发生变化，说明到达平衡，故B正确；
C．反应混合物都是气体，质量始终不变，容器内气体质量不再发生变化，不能说明到达平衡，故C错误；
D．反应混合物都是气体，质量不变，容器的容积不变，混合气体的密度始终不变，容器内气体密度不再发生变化，不能说明到达平衡，故D错误；
故选AB；
④A．向容器中通入少量O2，即增大氧气的浓度，能使平衡正向移动并能提高SO2转化率，故A正确；
B．向容器中通入少量SO2，即增大二氧化硫的浓度，能使平衡正向移动但是能降低了SO2转化率，故B错误；
C．使用催化剂，不会影响化学平衡的移动，也不会改变二氧化硫的转化率，故C错误；
D．升高温度，化学平衡向逆反应移动，SO2转化率降低，故D错误；
E．向容器中通入少量氦气，当恒容时，各组分的浓度不变，则平衡不移动，故E错误；
故选A；
⑤a．浓H2SO4不能吸收SO2，故a错误；
b．稀HNO3具有强氧化性，稀HNO3吸收SO2，有NO生成，NO有毒，污染空气，故b错误；
c．NaOH溶液吸收SO2生成亚硫酸钠，故c正确；
d．氨水吸收SO2生成亚硫酸铵，故d正确；
故选cd；
如图，研究碳、氮、硫的氧化物的性质对化工生产和环境保护有重要意义．
（1）下列措施中，有利于降低大气中的CO2、SO2、NO2浓度的有______．（填字母）
a．减少化石燃料的使用，开发新能源 b．使用无氟冰箱，减少氟利昂排放
c．多步行或乘公交车，少用专车或私家车 d．将工业废气用碱液吸收后再排放
（2）为开发新能源，有关部门拟用甲醇（CH3OH）替代汽油作为公交车的燃料．一定条件下由CO和H2生产甲醇的化学方程式为______．该反应合成l molCH3OH（1）放出热量131.9kJ，又知2H2（g）+CO（g）+
△H=594.1kJ/mol．请写出液态甲醇燃烧生成二氧化碳和水蒸气的热化学方程式：______．
（3）硫酸工业生产中，SO2催化氧化生成SO3反应为2SO2+O2⇌2SO3（g），平衡混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图．
根据图示回答下列问题：
①2SO2（g）+O2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）的△H______0 （填“＞”或“＜”）．
②若温度T1、T2时，反应的化学平衡常数分别为K1、K2，则K1______K2；若反应进行到状态D时，v正______v逆（填“＞”“＜”或“=”）．
正确答案
（1）a．大量化石燃料的燃烧是二氧化碳的主要来源，减少化石燃料的使用，开发新能源，有利于降低大气中的CO2、SO2、NO2浓度，故a正确；
b．氟里昂能促进臭氧地方分解，与大气中的CO2、SO2、NO2浓度无关，故b错误；
c．汽车尾气中有多种有害物质，主要污染物是一氧化碳、碳氢化合物、氮的氧化物和烟尘等，故多步行或乘公交车，少用专车或私家车有利于降低大气中的CO2、SO2、NO2浓度，故c正确；
d．将工业废气用碱液吸收后再排放能减少CO2、SO2、NO2的排放，故d正确．
故答案为：acd；
（2）CO和H2反应生成甲醇，反应方程式为：CO+2H2=CH3OH；
根据液态甲醇燃烧生成二氧化碳和水蒸气，化学方程式为：2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g），
已知：①CO+2H2=CH3OH△H1=+131.9kJ•mol-1
②2H2（g）+CO（g）+
根据盖斯定律，2×（②-①）得：2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）故△H=2×（△H2-△H1）=-1452kJ•mol-1，
故热化学方程式为：2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1452kJ•mol-1，
故答案为：CO+2H2=CH3OH；2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1452kJ•mol-1；
（3）①由图可知，温度越高SO3的含量越低，即升高温度平衡向逆反应移动，所以正反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
②该反应是一个放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以生成物的浓度减小，反应物的浓度增大，平衡常数减小，所以K1＞K2；D状态相对于A状态，三氧化硫的含量较小，要使该反应达到平衡状态，该反应必须向正反应方向移动，所以正反应速率大于逆反应速率．
故答案为：＞；＞．
（1）已知4g甲烷气体充分燃烧生成CO2（g）和H2O（l）时，放出Q kJ的热量．甲烷燃烧的热化学方程式为______．
（2）我国自行研制的优质磷酸二氢钾（KDP）晶体被应用于大功率固体激光器中．反应方程式为H3PO4（aq）+KCl（aq）
KH2PO4（aq）+HCl（aq），当反应时间不同时，产品产率和产品中Cl‑含量变化情况如图所示．KDP晶体的一级品标准：Cl-质量分数低于0.2%．
由图中可知，当反应进行到约______min时，KDP晶体达到一级品标准，此时的产品产率约为______．
（3）如图在一定条件下，将1mol N2与3mol H2混合于一个10L密闭容器中，反应达到A平衡时，混合气体中氨体积分数为25%，试回答：
①N2的转化率αA为______；
②在状态A时，平衡常数KA=______（代入数值即可）当温度由T1变到T2时，KA______KB（填“＞”、“＜”或“=”）；
（4）向20.00mL稀氨水中逐滴加入等物质的量浓度的盐酸，请回答相关问题：
①当加入10.00mL盐酸时，溶液中各种离子浓度之间的大小关系为（请在括号中填入离子符号）：c______＞c______＞c______＞c______
②当盐酸与氨水等物质的量反应时，溶液的pH______7（填“＞”或“＜”或“=”，下同）
③当溶液pH=7时，反应所消耗的物质（包括还在溶液中存留的物质）之间的关系为：n（NH3•H2O）______n（HCl），溶液中c（ NH4+）______c（Cl-）．
正确答案
（1）4g甲烷的物质的量为
则1molCH4反应放热为4QkJ，则热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）=2H2O（l）+CO2（g）△H=-4Q kJ•mol-1，
故答案为：CH4（g）+2O2（g）=2H2O（l）+CO2（g）△H=-4Q kJ•mol-1；
（2）因KDP晶体的一级品标准：Cl-质量分数低于0.2%，黑球表示产品产率，方框表示氯离子的质量分数，
由图象可以看出，60min时Cl-质量分数低于0.2%，则为一级品，且产品产率为95%，故答案为：60；95%；
（3）1mol N2与3mol H2混合于一个10L密闭容器中，反应达到A平衡时，混合气体中氨体积分数为25%，
设转化的氮气的物质的量为x，则
N2+3H2
开始 1 3 0
转化 x 3x 2x
平衡 1-x 3-3x 2x
则
解得x=0.4mol，
①N2的转化率αA为
②氮气的平衡浓度为
氢气的平衡浓度为
氨气的平衡浓度为
则平衡常数K=
当温度由T1变到T2时，K变小，即KA＞KB，
故答案为：40%；
（4）①由量可知，反应后为等量的氨水和氯化铵的混合溶液，电离大于水解，则c（NH4+）＞c（Cl-），溶液显碱性，
则c（ OH-）＞c（H+），又电离的程度很弱，则c（NH4+）＞c（Cl-）＞c（ OH-）＞c（H+），
故答案为：（NH4+）；（Cl-）；（ OH-）；（H+）；
②盐酸与氨水等物质的量反应，溶液中的溶质只有氯化铵，则铵根离子水解使溶液显酸性，则pH＜7，故答案为：＜；
③pH=7时，溶液应为氨水和氯化铵的混合溶液，且氨水的电离等于氯化铵的水解，因二者的物质的量浓度相同，等体积混合溶液的pH小于7，则应保证碱过量，则氨水的体积大，即
n（NH3•H2O）＞n（HCl），pH=7时c（ OH-）=c（H+），
由电荷守恒则c（NH4+）+c（H+）=c（Cl-）+c OH-）；，则c（NH4+）=c（Cl-），故答案为：＞；=．
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