- 中和热
- 共997题
甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ： CO(g) ＋ 2H2(g) 
反应Ⅱ： CO2(g) ＋ 3H2(g)
①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）。
由表中数据判断ΔH1 0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝ 0.2 mol／L，则CO的转化率为 ，此时的温度为 （从上表中选择）。
（2）已知在常温常压下：
① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(l) ΔH1＝－1451.6kJ／mol
② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH2＝－566.0kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置：
①该电池的能量转化形式为 。
②该电池正极的电极反应为 。
③工作一段时间后，测得溶液的pH减小，则该电池总反应的化学方程式为 。
正确答案
（1）①＜（2分） ②80%（2分） 250℃（2分）
（2）CH3OH(l) ＋ O2(g) ＝ CO(g) ＋ 2H2O(l) ΔH1＝－442.8kJ／mol（3分）
⑶①化学能转化为电能（2分）
②O2 + 2H2O +4e- = 4OH-（2分）
③2CH3OH ＋ 3O2 + 4OH-＝ 2CO32-＋ 6H2O（3分
试题分析：（1）①由题给数据分析，随着温度的升高，平衡常数减小，平衡向逆向移动，升温平衡向吸热方向移动，该反应正向为放热反应，ΔH1＜0；②利用三行式进行计算。按反应II充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，设转化的CO的物质的量浓度为x，
CO（g）+2H2 （g）
起始量（mol/L） 1 3 0
变化量（mol/L） x 2x x
平衡量（mol/L） 0.2 3-2x x
分析知x=0.8mol/L
平衡时各物质的浓度：c（CO）=0.2mol/L，c（H2）=1.4mol/L，c（CH3OH）=0.8mol/L；一氧化碳的转化率=0.8/1×100%=80%，K=0.8/0.2×1.42=2.041，由表格可知温度为250℃；（2）由盖斯定律，①-②得：2CH3OH（l）+2O2（g）═2CO（g）+4H2O（l），△H=-885.6 kJ∕mol，热化学反应方程式为：CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；（3）①分析知此装置为甲醇燃料电池，该电池的能量转化形式为化学能转化为电能；②正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根，所以其电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-；③负极上甲醇失电子和氢氧根反应生成碳酸根和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根，所以其电池反应式为：2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O。
（16分）
用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可以提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应①为主反应，反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g)
②CaSO4(s)+CO(g)
③CO(g)
（1）反应2 CaSO4(s)+7CO(g)
（2）反应①～③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18.结合各反应的△H，归纳lgK～T曲线变化规律：
a）
b)
（3）向盛有CaSO4的真空恒容容器中充入CO，反应①于900 ºC达到平衡，c平衡（CO）=8.0×10-5mol·L-1，计算CO的转化率（忽略副反应，结果保留2位有效数字）。
（4）为减少副产物，获得更纯净的CO2，可在初始燃料中适量加入 。
（5）以反应①中生成的CaS为原料，在一定条件下经原子利用率100%的高温反应，可再生成CaSO4，该反应的化学方程式为 ；在一定条件下CO2可与对二甲苯反应，在其苯环上引入一个羧基，产物的结构简式为 。
正确答案
（1）4△H1+△H2+2△H3；
（2）a）、放热反应的lgK随温度升高而下降； b）、放出或吸收热量越大的反应，其lgK受温度影响越大；
（3）99%
（4）CO2
（5）CaS+2O2
试题分析：（1）根据盖斯定律可得2 CaSO4(s)+7CO(g)
（2）由图像及反应的△H可知，a）、反应①③是放热反应，随温度升高，lgK降低；反应②是吸热反应，随温度升高，lgK增大；b）、从图像上看出反应②、③的曲线较陡，说明放出或吸收热量越大的反应，其lgK受温度影响越大；
（3）由图可知，反应①于900 ºC的lgK=2，则K=100， c平衡（CO）=8.0×10-5mol·L-1，平衡时c平衡（CO2）=100×8.0×10-5mol·L-1=8.0×10-3mol·L-1，根据反应1/4CaSO4(s)+CO(g)
（4）根据方程式可知，二氧化碳中含有气体杂质SO2，可在CO中加入适量的CO2，抑制二氧化硫的产生；
（5）CaS转化为CaSO4，从元素守恒的角度分析，CaS与氧气发生化合反应，原子的利用率100%，生成CaSO4，化学方程式为CaS+2O2
研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：Fe2O3(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H 1 =" +489.0" kJ·mol－1
C(石墨) +CO2(g) = 2CO(g) △H 2 =" +172.5" kJ·mol－1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO2转化为甲醇的热化学方程式
CO2(g) +3H2(g)
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②取一定体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比为1∶3)，加入恒容密闭容器中，发生上述反应。反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图A所示，则该反应的ΔH 0（填“>”、“<”或“＝”）。
③在两种不同条件下发生反应，测得CH3OH的物质的量随时间变化如图B所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ KⅡ（填“>” 或“<”）。
（3）以CO2为原料还可以合成多种物质。①工业上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为 。当氨碳比
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO2在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为 。
正确答案
（1）Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol－1（3分）（方程式、状态正确给1分，△H符号、数据、单位正确给2分）
（2）①
（3）①2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O（2分）（配平错扣1分）
40%或0.4（2分）
②CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O（3分）（配平错扣2分）
试题分析：（1）根据已知方程式和盖斯定律，所求方程式可由①－②×3得，△H = △H 1－3△H 2 =" +489.0" kJ·mol－1－3×172.5 kJ·mol－1 =—28.5 kJ·mol－1 ，所以CO还原氧化铁的热化学方程式为：Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol－1 。
（2）①根据给出的热化学方程式可得出该反应的平衡常数表达式为：K=
②图A中生成物甲醇的体积分数随着温度升高呈现出先增大后减小的变化，可以分析为达到最高点之前反应并未达到平衡，随温度升高反应速率加快，甲醇含量不断增大；当达到一定值时，反应达到平衡，此时再升高温度平衡发生移动，甲醇含量下降可以看出平衡逆向移动，所以该反应正反应为放热反应，ΔH<0。
③图B中不同条件下反应达到平衡时得到的甲醇的物质的量I>Ⅱ，所以I条件下的反应进行程度更大，所以KⅠ>KⅡ 。
（3）①工业用CO2和NH3在一定条件下合成尿素，该反应方程式可以由C:N比进行配平，所以方程式为： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O；根据方程式中的系数可知，反应的n(NH3)=2n(CO2)，而总的n(NH3)=3n(CO2)，所以假设的CO2有1mol，则有n(NH3)=3n(CO2)=3mol，反应的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨气的平衡转化率为40%。
②在酸性电介质中发生电解反应，考虑氢离子参加反应，CO2在电极上得电子被还原为甲烷，有水生成，所以电极反应式为：CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O。
二甲醚（CH3OCH3）是无色气体，可作为一种新型能源，由合成气（组成为H2、CO、和少量CO2）直接制备二甲醚，其中主要过程包括以下四个反应（均为可逆反应）：
①CO(g)+ 2H2(g) = CH3OH(g) △H1=—90．1 kJ·mol-1
②CO2(g)+ 3H2(g) = CH3OH(g)+H2O(g) △H2=—49．0 kJ·mol-1
水煤气变换反应③CO(g) + H2O (g)=CO2(g)+H2(g) △H3=—41．1 kJ·mol-1
二甲醚合成反应④2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4=—24．5 kJ·mol-1
（1）由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为 。
（2）一定温度下，在恒容密闭容器中进行反应①，下列描述能说明反应到达平衡状态的是 。
a.容器中气体平均相对分子质量保持不变
b.容器中气体密度保持不变
c.CH3OH(g)浓度保持不变
d.CH3OH(g)的消耗速率等于H2 (g)的消耗速率
（3）一定温度下，将8mol CH3OH(g)充入5L密闭容器中进行反应④，一段时间后到达平衡状态，反应过程中共放出49kJ热量，则CH3OH(g)的平衡转化率为 ，该温度下，平衡常数K= ；该温度下，向容器中再充入2mol CH3OH(g)，对再次达到的平衡状态的判断正确的是 。
a.CH3OH(g)的平衡转化率减小
b.CH3OCH3 (g)的体积分数增大
c.H2O(g)浓度为0．5mol·L-1
d.容器中的压强变为原来的1．25倍
（4）二甲醚—氧气燃料电池具有启动快，效率高等优点，其能量密度高于甲醇燃料电池，若电解质为酸性，二甲醚—氧气燃料电池的负极反应为 ；消耗2．8L(标准状况)氧气时，理论上流经外电路的电子 mol
正确答案
（1）2CO(g)+4H2（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g）△=－204．7 kJ/mol,
（2）ac （3）50% 0．25 cd （4）CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+, 0．5
试题分析：由已知的方程式①×2+④得2CO(g)+4H2（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g）△=－204．7 kJ/mol,
（2）由反应①可知ac说明反应达平衡状态。
（3）根据反应2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4=—24．5 kJ·mol-1当放热为49k J时消耗甲醇
4mol 4mol 2mol 2mol
结合平衡常数k=c（CH3OCH3）c（H2O）/
C2(CH3OH)得0．25，当再冲入2mol甲醇时化学平衡不会移动且平衡常数不变，确定C对，压强为原来的1．25倍。
（4）电解质为酸性电池的负极反应式为CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+,正极反应式为
4H++O2+4e-=4H2O，消耗2．8L氧气时转移电子为0．5mol。
CO2和CO是工业排放的对环境产生影响的废气。
（1）以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下：
①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol－1
②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH＝a kJ·mol－1
③2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH＝－86.98 kJ·mol－1
则a为 。
（2）科学家们提出用工业废气中的CO2制取甲醇：CO2+3H2CH3OH+H2O。制得的CH3OH可用作燃料电池的燃料。
①在KOH介质中，负极的电极反应式为_________________________________。
②作介质的KOH可以用电解K2SO4溶液的方法制得。则KOH在_______出口得到,阳极的电极反应式是：_____________________________________。
（3）利用CO与H2反应可合成CH3OCH3。
已知：3H2(g) + 3CO(g) 
在一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是 .
（4）CH3OCH3也可由CH3OH合成。已知反应2CH3OH(g)
①0-10 min内反应速率v(CH3OH) ＝ 。
②该温度下的平衡常数为 。
③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3，此时正、逆反应速率的大小：
v正 v逆 （填“>”、“<”或“＝”)。
正确答案
（1）+72.49kJ．mol－1 （2分）
（2）①CH3OH -6e-+8OH-=CO32-+6H2O（2分）
②D （2分）4OH- + 4e- = 2H2O + O2↑ （2分）
（3）AE （2分）
（4）①0.04 mol·L-1·min-1（2分）② 400（2分） ③ ＞ （2）
试题分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol，a=+72.49KJ/mol；
（2）①甲醇作燃料制成的燃料电池生成的CO2被碱溶液吸收生成K2CO3，总反应式为：2CH3OH+4KOH+3O2=2K2CO3+6H2O,所以甲醇在负极失去电子，负极的电极反应式为：2CH3OH-12e- +16OH- =2CO32- +12H2O，正极则为：3O2+12e-+6H2O=12OH-
②电解K2SO4溶液实质就是电解水，阳极水电离的OH-失去电子被氧化，阳极产生大量H+，SO42-通过阴离子交换膜到达阳极，从A口出得到硫酸，阳极电极反应式为：4OH- + 4e- = 2H2O + O2↑；而阴极水电离得H+得到电子被还原，所以会有大量OH-生成，K+通过阳离子交换膜进入阴极，在D口出得到KOH，阴极反应式为:4H++ 4e- =2H2↑。
（3）由反应可知正反应为放热、前后气体系数减少的反应，所以增大压强、降低温度有利于正反应提高CO的转化率，所以A可行；加入催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡，B不可行；体积不变充入氦气不改变各参加反应气体的浓度，不会改变平衡，因此C项不能提高CO转化率；增加CO的浓度能使平衡正向移动，但是CO的转化率反而降低；E项分离出生成物二甲醚，可以使反应正向移动，所以能提高CO的转化率，所以E可行；故选AE。
（4）根据表中数据有：2CH3OH(g)
初始浓度（mol/L）： 0.41 0 0
转化浓度（mol/L）： 0.4 0.2 0.2
平衡浓度（mol/L）： 0.01 0.2 0.2
所以①0-10 min内反应速率v(CH3OH) ＝0.4 mol/L÷10min=0.04 mol·L-1·min-1
②该温度下的平衡常数K=0.2×0.2÷0.012 =400
③因为此平衡时，容器中有0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3 、0.2mol H2O，若恒温恒容下再向容器中再加入同样的0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3、0.2mol H2O，则达到等效平衡，平衡不移动。但是只加入0.01mol CH3OH和0.2mol CH3OCH3 则不能达到等效平衡，平衡向正反应方向移动，所以此时v正>v逆 。
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