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填空题

氨是一种重要的化工产品,是氮肥工业、有机合成工业以及制造硝酸、铵盐和纯碱的原料,也是一种常用的制冷剂。

(1) 实验室制备氨气的化学反应方程式为_________。

(2) 工业合成氨的反应方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H。下图I是合成氨反应的能量与反应过程相关图(未使用催化剂);图D是合成気反应在2L容器中、相同投料情况下、其它条件都不变时,某一反应条件的改变对反应的影响图。

下列说法正确的是_______。

E.图II是不同温度下反应体系中氨的物质的量与反应时间关系图,且TA>TB

F.该反应的平銜常数KAB

G.在曲线A条件下,反应从开始到平衡,消耗N2的平均速率为mol/(L·min)

(3) —定温度下,向一个容积为2 L的密闭容器中通入2 mol N2和7 mol H2,达到平衡时测得容器的压强为起始时的倍,则此温度下的平衡常数为_______。在同一温度,同一容器中,将起始物质改为amol N2  b molH2   c mol NH3 (a,b,c均不为零)欲使平衡混合物中各物质的质量与原平衡相同,则a,b,c满足的关系为_____________(用含a,b,c的表达式表示),且欲使反应在起始时向逆反应方向进行,c的取值范围是_______

(4)已知H2(g)的燃烧热为285.8 kJ/mol,试写出表示NH3(g)燃烧热的热化学反应方程式_____。以氨气为燃料可以设计制氨燃料电池(电极材料均为惰性电极,KOH溶液作电解质溶液)该电池负极电极反应式为_______经測定,该电作过程中每放出1molN2实际提供460kJ的电能,则该燃料电池的实际效率为_____(燃料电池的实标效率是指电池实际提供的电能占燃料电池反应所能释放出的全部能量的百分数)

正确答案

(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O(2分)  (2)AEFG (2分)

(3)0.25L2·mol-2(2分,平衡常数不带单位也给分);

a+0.5c=2、b+1.5c=7(2分);2<c<4(2分)

(4)NH3(g)+O2(g)=H2O(l)+N2(g) △H=-382.5kJ/mol(2分)

2NH3-6e+6OH=6H2O+N2(2分)    60.1%(1分)

试题分析:(1)实验室制备氨气的化学反应方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。

(2)根据图像I可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此该反应是放热反应,所以ΔH=312.4kJ/mol=404.8kJ/mol=-92.4kJ/mol,A正确;催化剂降低反应的活化能,所以使用催化剂会使E1的数值增大,B不正确;为了提高转化率,工业生产中反应的浓度并不是越低越好,C不正确;根据图像Ⅱ可知,曲线A首先达到平衡状态,这说明曲线A的反应速率快。但平衡时曲线A表示的氨气物质的量低,由于正方应是体积减小的放热的可逆反应,所以曲线Ⅱ中表示的条件是升高温度,所以选项D不正确,E正确;升高温度平衡向逆反应方向移动,所以平衡常数减小,因此选项F正确。根据图像Ⅱ可知,反应进行到t1时,可逆反应达到平衡状态,此时生成氨气的物质的量是n1mol,所以消耗氮气的物质的量是2n1mol,所以在曲线A条件下,反应从开始到平衡,消耗N2的平均速率为mol/(L·min),G正确,答案选AEFG。

(3)             N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始浓度(mol/L)  1      3.5         0

转化浓度(mol/L)  x      3x          2x

平衡浓度(mol/L) 1-x  3.5-3x       2x

达到平衡时测得容器的压强为起始时的

所以×4.5=1-x+3.5-3x+2x

解得x=0.5

所以该温度下可逆反应的平衡常数K==0.25L2·mol-2

对于恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△n≠0的体系):等效转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同即可,据此可知欲使平衡混合物中各物质的质量与原平衡相同,则a,b,c满足的关系为a+0.5c=2、b+1.5c=7。由于平衡时氨气的物质的量是2mol,所以要欲使反应在起始时向逆反应方向进行,c的取值范围是c>2。当起始时反应物的物质的量为0时,氨气的物质的量最大,所以根据a+0.5c=2、b+1.5c=7可知,c=4或4.7,因此c的取值范围是2<c<4。

(3)H2(g)的燃烧热为285.8 kJ/mol,则氢气燃烧的热化学方程式是H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l) △H=-285.8 kJ/mol…①,所以根据N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol…②可知,②÷2-①×即得到热化学方程式NH3(g)+O2(g)=H2O(l)+N2(g) △H=-382.5kJ/mol。原电池负极失去电子,发生氧化反应,正极得到电子,发生还原反应。所以在该燃料电池中氨气失去电子,在负极通入,其电极反应式是2NH3-6e+6OH=6H2O+N2。根热化学方程式可知,每生成1molN2放出765kJ能量,而实际提供460kJ的电能,所以该燃料电池的实际效率为×100%=60.1%。

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填空题

能源是制约国家发展进程的因素之一。甲醇、二甲醚等被称为2 1世纪的绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚。

(1)工业上,可以分离合成气中的氢气,用于合成氨,常用醋酸二氨合亚铜

[Cu(NH32Ac]溶液(Ac=CH3COO)(来吸收合成气中的一氧化碳,其反虚原理为:

[Cu(NH32Ac](aq)+CO+NH3[Cu(NH33]Ac•CO(aq)(△H<0)

常压下,将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu(NH32]AC溶液的措施是         

(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)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0kJ/mol

反应b:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0

①对于反应a,某温度下,将4.0 mol CO2(g)和12.0 mol H2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,测得甲醇蒸气的体积分数为30%,则该温度下反应的平衡常数为    

②对于反应b,某温度下,将1.0mol CO(g)和2.0 mol H2(曲充入固定容积的密闭容器中,反应到达平衡时,改变温度和压强,平衡体系中CH3OH的物质的量分数变化情况如图所示,温度和压强的关系判断正确的是         ;(填字母代号)

A.p3>p2,T3>T2

B.p2>p4,T4>T2

C.p1>p3,T1>T3

D.p1>p4,T2>T3

(3)CO可以合成二甲醚,二甲醚可以作为燃料电池的原料,化学反应原理为:

CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)  △H<0

①在恒容密闭容器里按体积比为1:4充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是       

A.逆反应速率先增大后减小

B.正反应速率先增大后减小

C.反应物的体积百分含量减小

D.化学平衡常数K值增大

②写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式         

③己知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量。关于二甲醚碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池,下列说法正确的是         (填字母)

A.两种燃料互为同分异构体,分子式和摩尔质量相同,比能量相同

B.两种燃料所含共价键数目相同,断键时所需能量相同,比能量相同

C.两种燃料所含共价键类型不同,断键时所需能量不同,比能量不同

(4)已知l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ,请写出表示二甲醚燃烧热的热化学方程式                    

正确答案

(1)加热(2分)

(2)①1.33或 (2分,若书写单位且正确得2分,单位错误不得分) ②C、D(2分)

②C、D(2分)

(3)①B、D (2分) 

②CH3OCH3-12e+16OH= 2CO32+11H2O (2分)      ③C(2分)

(4)CH3OCH3(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-1454.98 kJ/mol(2分)

试题分析:(1)将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu(NH32]AC溶液只要使平衡向逆反应方向移动即可,逆反应方向为气体体积增大的吸热反应,所以在高温低压下使平衡逆移。

(2)①根据反应方程式计算,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始:4.0 mol   12.0 mol            0              0  

转化:xmol      3xmol            xmol        xmol 

平衡:4-xmol  12-xmol        xmol         xmol 

=30%   x=3mol  

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

平衡浓度:0.5mol/L  1.5mol/L      1.5mol/L     1.5mol/L

t1时达到达到平衡状态,平衡常数==1.33或 

②根据化学平衡移动的影响因素:温度、压强来分析:升高温度,化学平衡向着吸热方向进行,升高压强,化学平衡向着气体体积减小的方向进行。 CH3OH的物质的量分数时随着p1、p2、p3、p4逐渐降低,说明向着逆向移动,逆向是气体体积增大的方向,所以p1、p2、p3、p4压强逐渐升高, B错,CH3OH的物质的量分数时随着T1、T2、T3、T4逐渐升高,说明正向移动,正向是放热反应,说明T1、T2、T3、T4温度逐渐降低。A错。所以选C、D。

(3)①A.逆反应速率先增大后减小,说明一定逆向移动。

B.正反应速率先增大后减小,说明一定正向移动

C.反应物的体积百分含量减小,不一定正向移动

D.化学平衡常数K值增大,因为这个反应征方向是放热反应,说明一定正向移动

所以选B、D  

②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,碱性环境中生成碳酸钾与氢水.正极反应还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子;正极反应为氧气得到电子发生还原反应,在碱性环境中生成氢氧根离子,正极反应为3O2+12e+6H2O=12OH;负极上是燃料甲醚发生失电子的氧化反应,在碱性环境下,即为:CH3OCH3-12e+16OH= 2CO32+11H2O ;     

③由乙醇和二甲醚的分子结构可知,化学式都是C2H6O,组成元素及其原子个数完全相同,互为同分异构体,分子式和摩尔质量相同,乙醇和二甲醚的分子结构不同,无论是物理性质还是化学性质,还是共价键类型,断键时所需能量不可能完全相同,所以比能量肯定不同。所以选C(2分)

(4)l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ,l mol(46g)二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63×46= 1454.98 kJ,所以二甲醚燃烧热的热化学方程式CH3OCH3(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-1454.98 kJ/mol。

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填空题

化学反应变化过程及结果的研究。按要求回答问题:

(1)关于反应过程中能量变化的研究:

则:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=                      kJ·mol-1

(2)关于反应速率和限度的研究:

工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2],反应的化学方程式为:

2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l),该反应的平衡常数(K)和温度(T / ℃)关系如下:

 

①焓变ΔH  _______0 (填“>”、“<”或“=”)。

②在一定温度和压强下,若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比),下图(1)是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(α)的关系。α随着x增大而增大的原因是                    

③上图中的B点处,NH3的平衡转化率为              

(3)关于电化学的研究:

铝是日常生活中用途最多的金属元素,下图为Al-AgO电池的构造简图,电解质溶液为NaOH,它可用作水下动力电源,该电池中铝电极反应式为                             。用该电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图如下图(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为                         

   

(4)关于电离平衡的研究:

人体血液里存在重要的酸碱平衡:,使人体血液pH保持在7.35~7.45,否则就会发生酸中毒或碱中毒。其pH随c(HCO3-)∶c(H2CO3)变化关系如下表:

 

试回答:

正常人体血液中,HCO3-的水解程度       电离程度(填“大于”、“小于”、“等于”);

②人体血液酸中毒时,可注射缓解        (填选项);

A.NaOH溶液   B.NaHCO3溶液    C.NaCl溶液    D.Na2SO4溶液

③ pH=7.00的血液中,c(H2CO3)       c(HCO3) (填“<”、“>”、“=”)

正确答案

(1)-a+2b-4c(2分)

(2)① < (2分)       ②c(NH3)增大,平衡正向移动(2分)        ③32% (3分)

(3)Al+4OH―3e=AlO2-+2H2O(2分) CO(NH2)2+8OH-6e=CO32-+N2↑+6H2O (2分)

(4)①大于(1分);    ②B(1分)           ③<(1分)

试题分析:(1) 运用盖斯定律,可得要求化学反应的∆H=∆H1-2∆H2+4∆H3

(2)①随着温度升高,平衡常数K逐渐减少,所以正反应为放热反应,∆H<0。

②c(NH3)增大,平衡正向移动,CO2的转化率增大。

③B点氨碳比为4.0,设氨的物质的量为4n,CO2的物质的量为n,则转化的CO2为0.64n,根据化学方程式可得转化的氨为1.28n,则氨的转化率为:1.28n÷4n×100%=32%

(3)Al在OH‾存在条件下失去3e‾, 生成AlO2-,根据图(3)可以看出阳极产生N2,CO(NH2)2中的C转化为CO32‾,H与OH‾转化为H2O,配平可得电极方程式。

(4)正常人体血液pH保持在7.35~7.45,所以HCO3‾的水解程度大于电离程度,HCO3‾能调节pH,起到缓冲作用,所以选B NaHCO3溶液,因为等浓度的H2CO3的电离程度大于HCO3‾的水解程度,血液的pH为7.00,则H2CO3的程度小于H CO3‾的程度。

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简答题

“神七”登天谱写了我国航天事业的新篇章。火箭升空需要高能的燃料,通常用肼(N2H4)作为燃料,N2O4做氧化剂。

(1)已知:N2(g) + 2O2(g) =2NO2(g)           △H=+67.7 kJ·mol-1

N2H4(g) + O2(g) =N2(g) + 2H2O(g)   △H=-534.0 kJ·mol-1

2NO2(g) N2O4(g)           △H=-52.7 kJ·mol-1

试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式: 

(2)工业上可用次氯酸钠与过量的氨反应制备肼,该反应的化学方程式为:   

(3)一定条件下,在2L密闭容器中起始投入2 mol NH3和4 mol O2发生反应:

4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)  ΔH<0

测得平衡时数据如下:

 

①在温度T1下,若经过10min反应达到平衡,则10min内反应的平均速率

v(NH3)=   

②温度T1和T2的大小关系是T1     T2(填“>”、 “<”或“=”)。

(4)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为:=O2↑+2H2O,则阴极反应为   。有人提出,可以设计反应2CO=2C+O2(△H>0)来消除CO的污染。请你判断上述反应是否能自发进行并说明理由   

(5)下图是某空间站能量转化系统的局部示意图,其中燃料电池采用KOH溶液为电解液。

如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L气体(已折算成标准状况),则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为   mol。

正确答案

(14分)

(1)2N2H4(g) + N2O4(g)=3N2(g) + 4H2O(g) △H=-1083.0 kJ·mol-1 (2分)

(2)NaClO + 2 NH3 =N2H4 + NaCl + H2O (2分)

(3)0.08 mol•L—1 •min—1 (2分)      < (2分)

(4)2CO2+4e+2H2O=2CO+4OH(或CO2+2e+H2O=CO+2OH)(2分)     

不能,因为该反应的△H>0,△S

(5)2 (2分)

试题分析:⑴由盖斯定律:①N2(g) + 2O2(g) =2NO2(g)  △H1=+67.7 kJ·mol-1

②N2H4(g) + O2(g) =N2(g) + 2H2O(g)    △H2=-534.0 kJ·mol-1

③2NO2(g) N2O4(g)             △H3=-52.7 kJ·mol-1

②×2―①―③得:△H=2△H2―△H1―△H3=-534.0 kJ·mol-1×2―67.7 kJ·mol-1 +52.7 kJ·mol-1=-1083.0 kJ·mol-1,答案: 2N2H4(g) + N2O4(g)=3N2(g) + 4H2O(g) △H=-1083.0 kJ·mol-1;⑵用氧化还原反应的思想,分析出氧化剂为NaClO,还原产物为NaCl,还原剂为NH3,氧化产物为N2H4,答案:NaClO + 2 NH3 =N2H4 + NaCl + H2O;⑶①由4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) 的计量数关系得速率:v(NH3)=v(NO)=,该反应是放热反应,NO在T2时物质的量少,说明进行的程度小,T2高于T1,答案:0.08 mol•L—1 •min—1,  <;⑷用总反应2CO2=2CO+O2,减去阳极反应式=O2↑+2H2O,得2CO2+4e+2H2O=2CO+4OH,答案:2CO2+4e+2H2O=2CO+4OH;2CO2=2CO+O2,△S小于0,△H大于0 ,△G=△H―T△S>0,所以反应不能自发,答案:不能自发,因为该反应的△H>0,△S

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题型:填空题
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填空题

黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料,其燃烧产物为SO2和Fe2O3

(1)已知1g FeS2完全燃烧放出7.1kJ热量,则表示FeS2完全燃烧反应的热化学方程式为:

______________________________________________________________。

(2)将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中,反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 在一定条件下达到平衡,测得c(SO3)=0.040mol/L。则该条件下反应的平衡常数K的数值为___________,SO2的平衡转化率为__________。

(3)当该反应处于平衡状态时,欲使平衡向正反应方向移动且反应速率加快,下列措施可行的是      。(填字母)

(4)反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  △H<0 , SO2的转化率在起始温度T1=673K下随反应时间(t)的变化如下图,其他条件不变,仅改变起始温度为T2=723K,请在图中画出温度T2下SO2的转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

正确答案

(1)4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)  △H=-3408kJ/mol    (2分)

(2)K=1.6×103(2分)  80% (2分)  (3)B(1分,多选不得分)  

试题分析:(1)FeS2完全燃烧燃烧的化学方程式是4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,由于1g FeS2完全燃烧放出7.1kJ热量,则4molFeS2完全燃烧放出的热量是7.1kJ×120×4=3408kJ,所以该反应的热化学方程式是4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)  △H=-3408kJ/mol。

(2)              2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

起始浓度(mol/L)  0.050   0.030       0

转化浓度(mol/L)  0.040   0.020       0.040

平衡浓度(mol/L)  0.010   0.010      0.040

所以该温度下平衡常数K==1600

SO2的平衡转化率=×100%=80%

(3)向平衡混合物中充入Ar,容器容积不变,浓度不变,反应速率和平衡状态不变,A不正确;向平衡混合物中充入O2,增大反应物的浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,B正确;改变反应的催化剂平衡状态不变,C不正确;降低反应的温度,平衡向正反应方向移动,但反应速率降低,D不正确,答案选B。

(4)温度高反应速率快,到达平衡的时间减少。由于正反应是放热反应,所以温度高不利于平衡向正反应方向进行,SO2的转化率降低,因此正确的图像是

点评:该题是高考中的常见考点和题型,属于中等难度试题的考查,试题综合性强,侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练,旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力,有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力,提升学生的学科素养。

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