2019届一轮复习浙江专版专题9专题讲座四基本概念、基本理论综合学案

2019届一轮复习浙江专版专题9专题讲座四基本概念、基本理论综合学案

专题讲座四　加试第30题——基本概念、基本理论综合 ‎1．[2017·浙江4月选考，30(2)(3)]以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN)；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。‎ 请回答：‎ ‎(2)在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合气体(体积比1∶4，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。‎ 反应 Ⅰ　CO2(g)＋4H2(g)??CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH4‎ 反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH5‎ 图1‎ 图2‎ ‎①下列说法不正确的是________。‎ A．ΔH4小于零 B．温度可影响产物的选择性 C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少 D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO2平衡转化率 ‎②350 ℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ 的平衡常数为_________________________________________________________________(用a、V表示)。‎ ‎③350 ℃下，CH4的物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400 ℃ 下O～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。‎ 图3‎ ‎(3)据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(2)①CD　② ‎③‎ ‎(3)CO2＋6H2O＋8e－===CH4＋8OH－‎ 解析　 (2)①由图1转化率随温度变化看出，350 ℃之前为未平衡之前的转化率，之后为CO2的平衡转化率，温度升高转化率降低，说明反应Ⅰ为放热反应，A正确、C错误；从图2可以看出温度对生成产物(产物的选择性)有影响，B正确；相同条件下CO2和H2的初始体积比从1∶4改变为1∶3，前者CO2的转化率高，D错误。‎ ‎②根据图1知350 ℃时CO2的平衡转化率为0.8，根据三段式进行计算 ‎　　　 CO2(g)＋4H2(g) ?? CH4(g)＋2H2O(g)‎ 初始/mol a a 0 0‎ 转化/mol a×0.8 a×0.8×4 a×0.8 a×0.8×2‎ 平衡/mol a×0.2 a×0.8 a×0.8 a×1.6‎ 代入求平衡常数K＝ ‎＝。‎ ‎③由图3看出时350 ℃时，反应在t1时达到平衡，又反应为放热反应，400 ℃反应速率加快，平衡逆向移动，生成甲烷的量减少。‎ ‎2．(2016·浙江10月选考，30)氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。‎ ‎(1)已知：900 K时，4HCl(g)＋O2(g)??2Cl2(g)＋2H2O(g)，反应自发。‎ ‎①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由：________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②900 K时，体积比为4∶1的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T(假定反应历程不变)，请画出压强在1.5×105～4.5×105Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线示意图。‎ ‎(2)已知：Cl2(g)＋2NaOH(aq)===NaCl(aq)＋NaClO(aq)＋H2O(l)　 ΔH1＝－102 kJ·mol－1‎ ‎3Cl2(g)＋6NaOH(aq)===5NaCl(aq)＋NaClO3(aq)＋3H2O(l)　ΔH2＝－422 kJ·mol－1‎ ‎①写出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的热化学方程式：__________________________。‎ ‎②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液(不含NaClO3)，此时ClO－的浓度为c0 mol·L－1；加热时NaClO转化为NaClO3，测得t时刻溶液中ClO－浓度为ct mol·L－1，写出该时刻溶液中Cl－浓度的表达式：c(Cl－)＝________(用c0、ct表示)mol·L－1。‎ ‎③有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：‎ Ⅰ.2ClO－===ClO＋ Cl－‎ Ⅱ.ClO＋ClO－===ClO＋Cl－‎ 常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因：______________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质(不引入杂质)，写出该电解的总化学方程式：____________________________。‎ 答案　(1)①放热反应，ΔS＜0且反应自发 ‎②‎ ‎(2)①3NaClO(aq)===2NaCl(aq)＋NaClO3(aq) ΔH＝－116 kJ·mol－1‎ ‎②c0＋或　③反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO－向ClO转化 ‎(3)2NaClO3＋O22NaClO4(其他合理答案均可)‎ 解析　(1)①该反应自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS＜0，又因ΔS＜0，所以ΔH＜0，为放热反应。‎ ‎(2)①3NaClO(aq)＋3NaCl(aq)＋3H2O(l)===3Cl2(g)＋6NaOH(aq)　ΔH＝306 kJ·mol－1‎ ‎3Cl2(g)＋6NaOH(aq)===5NaCl(aq)＋NaClO3(aq)＋3H2O(l)　ΔH2＝－422 kJ·mol－1‎ 上述两式相加得 ‎3NaClO(aq)===2NaCl(aq)＋NaClO3(aq) ΔH＝－116 kJ·mol－1。‎ ‎②Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O ‎　　　　　　　 c0　　c0‎ ‎3NaClO===2NaCl＋NaClO3‎ c0－ct　　　 所以c(Cl－)＝c0＋。‎ ‎(3)电极反应式为 阳极：ClO－2e－＋H2O===ClO＋2H＋‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2‎ 利用O2把生成的H2除去，2H2＋O2===2H2O，‎ 总反应式为2NaClO3＋O22NaClO4。‎ ‎3．(2016·浙江4月选考，30)氨气及其相关产品是基本化工原料，在化工领域中具有重要的作用。‎ ‎(1)以铁为催化剂，0.6 mol氮气和1.8 mol氢气在恒温、容积恒定为1 L的密闭容器中反应生成氨气，20 min后达到平衡，氮气的物质的量为0.3 mol。‎ ‎①在第25 min时，保持温度不变，将容器体积迅速增大至2 L并保持恒容，体系达到平衡时N2的总转化率为38.2%，请画出从第25 min起H2的物质的量浓度随时间变化的曲线。‎ ‎②该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响是______(填“增大”“减少”或“不变”)。‎ ‎(2)①N2H4是一种高能燃料，有强还原性，可通过NH3和NaClO反应制得，写出该制备反应的化学方程式：__________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②N2H4的水溶液呈弱碱性，室温下其电离常数K1＝1.0×10－6，则0.01 mol·L－1 N2H4水溶液的pH等于________(忽略N2H4的二级电离和H2O的电离)。‎ ‎③已知298 K和101 kPa条件下：‎ N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) 　ΔH1 ‎ ‎2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2‎ ‎2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3‎ ‎4NH3(g)＋O2(g)===2N2H4(l)＋2H2O(l)　ΔH4‎ 则N2H4(l)的标准燃烧热ΔH＝____________________________________________________。‎ ‎(3)科学家改进了NO2转化为HNO3的工艺(如虚线框所示)，在较高的操作压力下，提高N2O4/H2O的质量比和O2的用量，能制备出高浓度的硝酸。‎ ―→―→‎ ―→ 实际操作中，应控制N2O4/H2O质量比高于5.11，对此请给出合理解释：___________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案 ‎(1)①‎ ‎②增大 ‎(2)①2NH3＋NaClO===N2H4＋NaCl＋H2O　②10 ③ΔH2－ΔH1－ΔH4‎ ‎(3)2N2O4＋2H2O＋O2===4HNO3，N2O4/H2O质量比等于5.11时恰好反应，高于5.11是为了提高N2O4的浓度，有利于平衡正向移动，得到高浓度的硝酸 ‎4．(2015·浙江10月选考，30)由某精矿石(MCO3·ZCO3)可以制备单质M，制备过程中排放出的二氧化碳可以作为原料制备甲醇，取该矿石样品1.84 g，高温灼烧至恒重，得到0.96 g仅含两种金属氧化物的固体，其中m(M)∶m(Z)＝3∶5，请回答：‎ ‎(1)该矿石的化学式为______________。‎ ‎(2)①以该矿石灼烧后的固体产物为原料，真空高温条件下用单质硅还原，仅得到单质M和一种含氧酸盐(只含Z、Si和O元素，且Z和Si的物质的量之比为2∶1)。写出该反应的化学方程式________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②单质M还可以通过电解熔融MCl2得到，不能用电解MCl2溶液的方法制备M的理由是_______________________________________________________________。‎ ‎(3)一定条件下，由CO2和H2制备甲醇的过程中含有下列反应：‎ 反应1：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH1‎ 反应2：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)　ΔH2‎ 反应3：CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3‎ 其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化的曲线如图1所示。‎ 则ΔH2______(填“大于”“小于”或“等于”)ΔH3，理由是___________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)在温度T1时，使体积比为3∶1的H2和CO2在体积恒定的密闭容器内进行反应。T1温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t时刻迅速降温到T2，一段时间后体系重新达到平衡。试在图中画出t时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线。‎ 答案　(1)MgCO3·CaCO3‎ ‎(2)①2MgO＋2CaO＋Si Ca2SiO4＋2Mg ‎②电解MgCl2溶液时，阴极上H＋比Mg2＋容易得电子，电极反应式2H2O＋2e－=== H2↑＋2OH－，所以不能得到Mg单质 ‎(3)小于　由图1可知，随着温度升高，K1增大，则ΔH1>0，根据盖斯定律又得ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，所以ΔH2<ΔH3‎ ‎(4)‎ 加试题第30题是基本概念、基本理论组合题，主要是结合无机推断、化学工艺，考查了热化学、电化学、化学平衡及电解质溶液的知识，涉及的基本能力有审题能力、计算能力、简答能力及绘图能力等。由于考查知识全面，题目综合性较强，但每空分值较少(最多2分)，这就要求学生审题要仔细，计算要准确，绘图要规范，简答要精炼，争取在有限的时间内得高分。‎ ‎(一)信息型方程式的书写 ‎1．某科研小组在实验室用较浓的KOH溶液直接吸收氯气，研究发现反应进行一段时间后开始出现KClO3并逐渐增多，产生KClO3的离子方程式是________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　6OH－＋3Cl2===5Cl－＋ClO＋3H2O ‎2．MnO2与KClO3、KOH溶液共热，可得到K2MnO4，此反应的化学方程式是________________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　3MnO2＋6KOH＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3H2O ‎3．向1 L 1 mol·L－1的K2FeO4中加入足量稀H2SO4酸化，可以产生O2和Fe3＋，该反应的离子方程式为______________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O ‎4．NaOCN与NaClO反应，生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2(已知HCN、HOCN中N元素的化合价相同)则反应的离子方程式：__________________________________。‎ 答案　2OCN－＋3ClO－===CO＋CO2↑＋3Cl－＋N2↑‎ ‎5．在催化剂作用下，尿素[CO(NH2)2]也可以将NOx反应生成N2和H2O。写出CO(NH2)2与NO2反应的化学方程式：_________________________________________________________。‎ 答案　4CO(NH2)2＋6NO27N2＋4CO2＋8H2O ‎6．氨基甲酸铵(NH2COONH4) 极易水解，产物是碳酸氢铵和一种弱碱，请写出其水解反应方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　 NH2COONH4 ＋2H2O??NH4HCO3＋NH3·H2O ‎7．煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。写出NaClO2溶液脱硝(使NO转化为NO)过程中主要反应的离子方程式：___________________________________________________________________。‎ 答案　4OH－＋3ClO＋4NO===4NO＋3Cl－＋2H2O ‎8．在碱性条件下，写出O2将Mn2＋氧化成MnO(OH)2的离子方程式：_____________________。‎ 答案　O2＋2Mn2＋＋4OH－===2MnO(OH)2↓ ‎ ‎9．一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH(B元素的化合价为＋3)与Fe2＋反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)，其离子方程式为_____________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　2Fe2＋＋BH＋4OH－===2Fe＋ B(OH)＋2H2↑‎ ‎10．＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O(或Cr2O＋8HSO===2Cr3＋＋3SO＋5SO＋4H2O)‎ ‎(二)盖斯定律应用强化练 ‎1．目前我国已对许多大型燃煤发电厂进行“脱硝(使NOx转化为N2)”工艺改造，这有利于氮元素在自然界中实现良性循环，“脱硝”涉及到的部分反应如下：‎ ‎①4NH3(g)＋6NO(g)??5N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－1 776 kJ·mol－1；‎ ‎②8NH3(g)＋6NO2(g)??7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH2；‎ ‎③N2(g)＋O2(g)??2NO(g) ΔH3＝180 kJ·mol－1；‎ ‎④2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g) ΔH4＝－114 kJ·mol－1‎ 则ΔH2＝________kJ·mol－1。‎ 答案　－2 670‎ 解析　根据盖斯定律，将①×2＋③×3－④×3得：8NH3(g)＋6NO2(g)??7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH2＝(－1 776 kJ·mol－1)×2＋180 kJ·mol－1×3－(－114 kJ·mol－1)×3＝－2 670 kJ·mol－1。‎ ‎2．已知下列反应的热化学方程式：‎ ‎①6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l)　ΔH1‎ ‎②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2‎ ‎③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3‎ 则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为_______________。‎ 答案　12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1‎ 解析　根据盖斯定律可知③×12＋②×5－①×2即得到反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。‎ ‎3．以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[化学式为CO(NH2)2]。已知：‎ ‎①2NH3(g)＋CO2(g)===NH2CO2NH4(s) ΔH＝－159.5 kJ·mol－1‎ ‎②NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＝116.5 kJ·mol－1‎ ‎③H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝44.0 kJ·mol－1‎ 写出CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学方程式： ‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－87.0 kJ·mol－1‎ 解析　根据盖斯定律可知①＋②－③即得到CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学方程式：2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH＝－87.0 kJ·mol－1。‎ ‎4．已知：①H2O(g)===H2O(l)　 ΔH1＝－Q1 kJ·mol－1‎ ‎②C2H5OH(g)===C2H5OH(l)　ΔH2＝－Q2 kJ·mol－1‎ ‎③C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH3＝－Q3 kJ·mol－1‎ 若使46 g液态无水酒精完全燃烧，并恢复到室温，则整个过程中放出的热量为__________ kJ。‎ 答案　 3Q1－Q2＋Q3‎ 解析　根据盖斯定律可知①×3－②＋③即得到C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－(3Q1－Q2＋Q3) kJ·mol－1,46 g液态无水酒精是1 mol，因此完全燃烧，并恢复到室温，整个过程中放出的热量为(3Q1－Q2＋Q3)kJ。‎ ‎5．工业制氢的一个重要反应是利用CO还原H2O(g)。已知：①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)‎ ΔH＝－394 kJ·mol－1‎ ‎②2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－222 kJ·mol－1‎ ‎③H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ·mol－1‎ 则CO还原H2O(g)的热化学方程式为_______________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　 CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·mol－1‎ 解析　已知在25 ℃时：①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－394 kJ·mol－1，②2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－222 kJ·mol－1，③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝－242 kJ·mol－1，由盖斯定律，①－③－②×得：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝ΔH1－ΔH3－×ΔH2＝－394 kJ·mol－1－(－242 kJ·mol－1)－(－111 kJ·mol－1)＝－41 kJ·mol－1。‎ ‎6．瓦纽科夫法熔炼铅，其相关反应的热化学方程式如下：‎ ‎①2PbS(s)＋3O2(g) ===2PbO(s)＋2SO2(g) ΔH1＝a kJ·mol－1‎ ‎②PbS(s)＋2PbO(s)===3Pb(s)＋SO2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1‎ ‎③PbS(s)＋PbSO4(s)===2Pb(s)＋2SO2(g) ΔH3＝c kJ·mol－1‎ 反应 3PbS(s)＋6O2(g)===3PbSO4(s) ΔH＝________kJ·mol－1 (用含 a、b、c的代数式表示)。‎ 答案　2a＋2b－3c 解析　根据盖斯定律①×2＋②×2－③×3得到3PbS(s)＋6O2(g)===3PbSO4(s)　ΔH＝2ΔH1＋2ΔH2－3ΔH3＝(2a＋2b－3c) kJ·mol－1。‎ ‎7．FeS2焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25 ℃、101 kPa时：‎ ‎①2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH1＝－197 kJ·mol－1‎ ‎②H2O(g)===H2O(l)　ΔH2＝－44 kJ·mol－1‎ ‎③2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l) ΔH3＝－545 kJ·mol－1‎ 则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130 kJ·mol－1‎ 解析　根据盖斯定律可知(③－①－②×2)/2即得到SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式：SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)　ΔH＝－130 kJ·mol－1。‎ ‎8．甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：‎ ‎①CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)　ΔH1‎ ‎②CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2‎ ‎③CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH3‎ 回答下列问题：‎ 已知反应①中相关的化学键键能数据如下：‎ 化学键 H—H C—O C≡O H—O C—H E/kJ·mol－1‎ ‎436‎ ‎343‎ ‎1 076‎ ‎465‎ ‎413‎ 由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。‎ 答案　－99　41‎ 解析　反应热＝反应物总键能－生成物总键能，故ΔH1＝1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(3×413＋343＋465) kJ·mol－1＝－99 kJ·mol－1；根据盖斯定律：反应②－反应①＝反应③，故ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－58 kJ·mol－1－(－99 kJ·mol－1)＝41 kJ·mol－1。‎ ‎(三)电化学知识应用集训 ‎1．消除SO2污染的方法之一是利用电化学法可直接将其转化为硫酸，转化原理如图所示，则负极上的电极反应式为__________________________________，质子的移动方向为________________________(填“自左向右”或“自右向左”)。‎ 答案　SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋　自左向右 解析　负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为SO2＋‎ ‎2H2O－2e－===SO＋4H＋，质子带正电荷，移动方向与电子相反，移动方向为自左向右。‎ ‎2．(1)一种新型锂离子二次电池——磷酸铁锂(LiFePO4)电池。作为正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图如下图，写出该电池充电时的阳极电极反应式： ‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)As2S3和HNO3反应如下：As2S3＋10H＋＋10NO===2H3AsO4＋3S＋10NO2↑＋2H2O，将该反应设计成原电池，则NO2应该在________(填“正极”或“负极”)附近逸出，该极的电极反应式为___________________________________________________________________。‎ ‎(3)LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料，其电解法制备装置如下图。气体a通入KI淀粉溶液中，发现溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色逐渐褪去。则M极为电源的________(填“正”或“负”)极，B极区电解液为________(填化学式)溶液，该离子交换膜是________(填“阳”或“阴”)离子交换膜，解释蓝色褪去的原因：__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)LiFePO4－xe－===Li(1－x)FePO4＋xLi＋　(2)正极　NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O　(3)负 LiCl　阳　氯气将生成的I2继续氧化为更高价态的碘的化合物 解析　(1)充电时发生氧化反应的为阳极，电极反应式为LiFePO4－xe－===Li(1－x)FePO4＋xLi＋。(2)原电池中正极发生还原反应，则某元素的化合价降低，由反应可知N元素的化合价由＋5降低到＋4，则NO2属于还原产物，在正极生成，即NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O。(3)电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，由图可知，左侧生成氢气，则A极区中氢离子放电，可知A为阴极，M是负极，在A极区制备LiOH，Li＋由B极区经过阳离子交换膜向A极区移动，离子交换膜是阳离子交换膜；B中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气，Cl2将I2氧化成更高价态的碘的化合物，导致蓝色褪去。‎ ‎3．氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：‎ ‎(1)氨气燃料电池的电解质溶液最好选择________(填“酸性”“碱性”或“中性”)溶液。‎ ‎(2)空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是______________________。‎ ‎(3)氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是______________，正极的电极反应式是__________________________。‎ 答案　(1)碱性　(2)CO2　(3)4NH3 ＋ 3O2===2N2 ＋ 6H2O　3O2＋12e－＋6H2O===12OH－(或O2 ＋4e－＋2H2O===4OH－)‎ 解析　(1)氨气是碱性气体，所以电解液最好选择碱性的。(2)空气中的CO2能和氨水反应，所以滤去的气体是CO2。(3)正极发生还原反应，氧气在正极反应，注意是碱性环境，所以，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ ‎4．SO2在一定条件下可与氧气构成原电池。下图是利用该电池在铁表面镀铜的装置示意图：‎ 该电池的负极反应：_____________________________________________________________；‎ 当甲中消耗2.24 L O2(标准状况)时，乙中a极增重________g。‎ 答案　SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO　12.8‎ 解析　甲池为燃料电池，SO2作为负极材料，失去电子，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO，正极为O2，燃料电池中正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；乙池是电解池，a极接燃料电池的负极，故a极为电解池阴极，Cu2＋放电，电极反应式：Cu2＋ ＋2e－ ===Cu，根据O2＋4H＋＋4e－===2H2O，Cu2＋ ＋2e－ ===Cu，可得O2～4e－～2Cu，得甲中消耗2.24 L O2(标准状况)，即0.1 mol时，转移电子数为0.4 mol，乙中a极析出Cu，增重12.8 g。‎ ‎5．在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料作电极，电解CO2可得到多种燃料，其原理如图所示。‎ 该工艺中能量转化方式主要有______________________________；电解时，生成乙烯的电极反应式是______________________。‎ 答案　太阳能转化为电能，电能转化为化学能　2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O 解析　太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量转化形式有太阳能转化为电能，电能转化为化学能，部分电能转化为热能；电解时，生成乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。‎ ‎6．过二硫酸的结构为，其中氧元素的化合价为_____________。电解法是制备过二硫酸钾的方法之一， 其装置示意图如下：‎ 则：b 为电源的________极； 阳极反应式为__________________； 导线中流过 1 mol 电子时， 理论上通过阳离子交换膜的K＋的数目为__________________________。‎ 答案　－2价和－1价 　 负　 2SO－2e－===S2O NA或 6.02×1023‎ 解析　过二硫酸的结构为，其中过氧键中氧元素的化合价为－1价，其余氧元素的化合价是－2价。硫酸根在阳极失去电子转化为过二硫酸根，阴极是溶液中的氢离子得到电子转化为氢气，即A是氢气，所以b 为电源的负极，阳极反应式为2SO－2e－===S2O；导线中流过1 mol电子时，根据电荷守恒可知理论上通过阳离子交换膜的K＋的数目为NA或 6.02×1023。‎ ‎7．利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2＋2H2O===2HCOOH＋O2，装置如图所示：‎ 电极2的电极反应式是___________________________________________________________；‎ 在标准状况下，当电极2室有11.2 L CO2反应。理论上电极1室液体质量______ (填“增加”或“减少”)______g。‎ 答案　CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH　　减少　 9‎ 解析　离子交换膜为质子膜，则电解质溶液呈酸性，根据总的电池反应为2H2O ＋ 2CO2 ===2HCOOH ＋ O2可知，该反应中C元素化合价由＋4价变为＋2价，O元素化合价由－2价变为0价，所以1是负极、2是正极(也可根据装置图中电子的流向判断)，负极上水失电子生成氢离子和氧气，电极1电极反应：2H2O－4e－===O2＋4H＋，酸性增强，H＋通过质子膜进入到电极2区域；电极2通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，酸性减弱， 从总反应看，每消耗1 mol CO2，就会消耗1 mol H2O，现有标准状况下11.2 L即0.5 mol CO2反应，则消耗0.5 mol H2O，即9 g。‎ ‎(四)电解质溶液 ‎1．将6 g CH3COOH溶于水制成1 L溶液，此溶液的物质的量浓度为________，经测定溶液中CH3COO－的浓度为1.4×10－3 mol·L－1，此温度下醋酸的电离常数：Ka＝________，温度升高Ka将________(填“变大”“不变”或“变小”)。‎ 答案　0.1 mol·L－1　1.99×10－5　变大 解析　 将6 g CH3COOH溶于水制成1 L溶液，醋酸的物质的量是6 g÷60 g·mol－1＝0.1 mol，此溶液的物质的量浓度为0.1 mol÷1 L＝0.1 mol·L－1，经测定溶液中CH3COO－的浓度为1.4×10－3 mol·L－1，此温度下醋酸的电离常数：Ka＝≈1.99×10－5，温度升高促进电离，因此Ka将变大。‎ ‎2．次磷酸(H3PO2)是一种一元弱酸，具有较强的还原性。试回答下列问题：‎ NaH2PO2为________(填“正盐”或“酸式盐”)，溶液中有关离子浓度从大到小的顺序为________________________________________________________________________。‎ 答案　正盐　c(Na＋)＞c(H2PO)＞c(OH－)＞c(H＋)‎ ‎3．已知25 ℃时，HCN的电离常数Ka＝4.9×10－10，则25 ℃时0.1 mol·L－1的HCN溶液中c(H＋)＝________mol·L－1。NaCN溶液中加入盐酸至怡好完全反应，溶液中所有离子浓度的关系为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　 7×10－6　c(Na＋)＝c(Cl－)＞c(H＋)＞c(CN－)＞c(OH－) ‎ 解析　根据HCN??H＋＋CN－可知，Ka＝＝＝＝4.9×10－10，c(H＋)＝ 7×10－6；NaCN溶液中加入盐酸至恰好完全反应时生成等物质的量的氯化钠和HCN，溶液显酸性，溶液中所有离子浓度的关系为c(Na＋)＝c(Cl－)＞c(H＋)＞c(CN－)＞c(OH－)。‎ ‎4．已知室温下，碳酸的电离常数K1＝4.4×10－7，K2＝4.7×10－11。NaHCO3水溶液显碱性，原因：________________________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________(用K 定量解释)。‎ 答案　碳酸氢钠溶液中的水解平衡常数Kh＝＝＝2.5×10－8，大于碳酸的电离常数K2＝4.7×10－11‎ ‎5．已知：HSO??H＋＋SO　K＝1.02×10－7‎ NH＋H2O??NH3·H2O＋H＋　K＝5.65×10－10‎ 往亚硫酸氢铵中加入一定量的氢氧化钡溶液，可能发生反应的离子方程式是______(填编号)。‎ a．HSO＋Ba2＋＋OH－===BaSO3↓＋H2O b．NH＋2HSO＋2Ba2＋＋3OH－===2BaSO3↓＋2H2O＋NH3·H2O c．NH＋HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋H2O＋NH3·H2O d．2NH＋4HSO＋3Ba2＋＋6OH－===3BaSO3↓＋4H2O＋2NH3·H2O＋SO 答案　cd 解析　已知：HSO??H＋＋SO　K＝1.02×10－7，NH＋H2O??NH3·H2O＋H＋　K＝5.65×10－10，亚硫酸氢根离子的电离程度大于氨根离子的水解程度，所以亚硫酸氢铵溶液中滴入氢氧化钡溶液，氢氧根离子先和亚硫酸氢根离子反应，后与铵根离子结合生成一水合氨，反应中氢氧化钡的量不同产物不同，不足量的氢氧化钡反应时需要满足化学式的组成比。‎ a项，HSO＋Ba2＋＋OH－===BaSO3↓＋H2O是氢氧化钡不足量时的反应，只和亚硫酸氢根离子反应，则氢氧化钡电离出的钡离子和氢氧根离子全部反应，需要符合化学式的组成比，正确的离子方程式应为2HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋2H2O＋SO；‎ b项，NH＋2HSO＋2Ba2＋＋3OH－===2BaSO3↓＋2H2O＋NH3·H2O，电离出2 mol Ba2＋，电离出的氢氧根离子为4 mol，其中2 mol OH－和2 mol亚硫酸氢根离子反应，2 mol OH－和2 mol NH反应，正确的反应离子方程式为NH＋HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋H2O＋NH3·H2O；‎ c项，选项中离子方程式为氢氧化钡和亚硫酸氢铵1∶1反应的离子方程式，NH＋HSO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO3↓＋H2O＋NH3·H2O；‎ d项，2NH＋4HSO＋3Ba2＋＋6OH－===3BaSO3↓＋4H2O＋2NH3·H2O＋SO，分析离子方程式，反应是4 mol NH4HSO3和3 mol Ba(OH)2的反应，6 mol OH－先和4 mol HSO反应，剩余 2‎ ‎ mol OH－再和2 mol NH反应，剩余2 mol NH生成亚硫酸铵，反应的离子方程式正确。‎ ‎6．工业上用氨水吸收废气中的SO2。已知NH3·H2O的电离平衡常数K ＝1.8×10－5，H2SO3的电离平衡常数K1＝1.2×10－2，K2＝1.3×10－8。在通入废气的过程中，当恰好形成正盐时，溶液中离子浓度的大小关系为____________________。‎ 答案　c(NH)＞c(SO)＞c(OH－)＞c(HSO)＞c(H＋)。‎ 解析　 NH3·H2O的电离平衡常数K＝1.8×10－5，H2SO3的电离平衡常数K2＝1.3×10－8，则SO的水解程度大于NH的水解程度，溶液呈碱性，溶液中氢氧根离子源于水的电离、SO的水解，溶液中c(OH－)＞c(HSO)，故溶液中离子浓度的大小关系为c(NH)＞c(SO)＞c(OH－)＞c(HSO)＞c(H＋)。‎ ‎7．捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液。用100 mL 0.1 mol·L－1Na2CO3溶液完全捕捉224 mL(已换算为标准状况，溶液体积变化忽略不计)CO2气体，所得溶液中：‎ ‎(1)c(HCO)＋c(CO)＋c(H2CO3)＝______mol·L－1。‎ ‎(2)c(HCO)＋2c(CO)＝_____________________________________(用相关离子浓度表示)。‎ 答案　(1)0.2　(2)c( Na＋)＋c(H＋)－c(OH－)‎ 解析　(1)CO2的物质的量是0.01 mol，二者恰好反应生成碳酸氢钠，浓度是0.2 mol·L－1，则根据物料守恒可知溶液中c(HCO)＋c(CO)＋c(H2CO3)＝0.2 mol·L－1。(2)根据电荷守恒可知溶液中c(HCO)＋2c(CO)＝c( Na＋)＋c(H＋)－c(OH－)。‎ ‎8．用Na2SO3溶液作为吸收液来吸收SO2，尾气通入1 mol·L－1的Na2SO3溶液中，当溶液的pH约为6时，Na2SO3溶液吸收SO2的能力显著下降，此时溶液中c(SO)的浓度是0.2 mol·L－1，则此时溶液中离子浓度由大到小的顺序为____________________。‎ 答案　c(Na＋)＞c(HSO)＞c(SO)＞c(H＋)＞c(OH－)‎ 解析　当溶液的pH约为6时，Na2SO3溶液吸收SO2的能力显著下降，说明大部分转化为亚硫酸氢钠，此时溶液中c(SO)的浓度是0.2 mol·L－1，则此时溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na＋)＞c(HSO)＞c(SO)＞c(H＋)＞c(OH－)。‎ ‎9．已知碳酸H2CO3：Ka1＝4.3×10－7，Ka2＝5.6×10－11；草酸H2C2O4：Ka1＝5.9×10－2，Ka2＝6.4×10－5，0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液的pH________(填“大于”“小于”或“等于”)0.1 mol·L－1 Na2C2O4溶液的pH；等浓度草酸溶液和碳酸溶液中，氢离子浓度较大的是________；若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合，溶液中各种粒子浓度大小的顺序正确的是________(填字母)。‎ A．c(H＋)>c(HC2O)>c(HCO)>c(CO)‎ B．c(HCO)>c(HC2O)>c(C2O)>c(CO)‎ C．c(H＋)>c(HC2O)>c(C2O)>c(CO)‎ D．c(H2CO3)>c(HCO)>c(HC2O)>c(CO)‎ 答案　大于　草酸溶液　AC 解析　草酸的第二步电离平衡常数大于碳酸的第二步电离平衡常数，电离平衡常数越小，其酸根离子的水解程度越大，所以碳酸根离子的水解程度大于草酸根离子，0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液的pH大于0.1 mol·L－1 Na2C2O4溶液的pH；草酸的酸性强于碳酸，则等浓度草酸溶液和碳酸溶液中，氢离子浓度较大的是草酸溶液；草酸的二级电离常数均大于碳酸的，所以草酸的电离程度大于碳酸，且碳酸以第一步电离为主，因此溶液中c(H＋)>c(HC2O)>c(C2O)‎ ‎>c(HCO)>c(CO)，则A、C正确。‎ ‎10．与化学平衡类似，电离平衡的平衡常数叫做电离常数(用K表示)。下表是某温度下几种常见弱酸的电离平衡常数：‎ 酸 电离方程式 电离平衡常数K CH3COOH CH3COOH??CH3COO－＋H＋‎ ‎1.96×10－5‎ HClO HClO??ClO－＋H＋‎ ‎3.0×10－8‎ H2CO3‎ H2CO3??H＋＋HCO HCO??H＋＋CO K1＝4.3×10－7‎ K2＝5.6×10－11‎ H3PO4‎ H3PO4??H＋＋H2PO H2PO??H＋＋HPO HPO??H＋＋PO K1＝7.1×10－3‎ K2＝6.3×10－8‎ K3＝4.2×10－13‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)若把CH3COOH、HClO、H2CO3、HCO、H3PO4、H2PO、HPO都看作是酸，则它们酸性最强的是________(填化学式，下同)，最弱的是________。‎ ‎(2)室温下向NaClO溶液中通入少量的二氧化碳，发生的离子方程式为___________________，1.2 mol·L－1的NaClO溶液pH＝________(已知：lg 2＝0.3)。‎ ‎(3)求该温度下，0.10 mol·L－1的CH3COOH溶液中的c(H＋)＝________mol·L－1。‎ 答案　(1)H3PO4　HPO　(2)CO2＋ClO－＋H2O ===HClO＋HCO　10.8　(3)1.4×10－3‎ 解析　(1)同一温度下，酸的电离常数越大其酸性越强，根据酸的电离常数知酸性最强的是 H3PO4，最弱的是HPO。(2)因为酸性：H2CO3＞HClO＞HCO，所以向NaClO溶液中通入少量的二氧化碳，发生的离子方程式为CO2＋ClO－＋H2O===HClO＋HCO；1.2 mol·L－1的NaClO溶液中水解离子方程式为ClO－＋H2O??HClO＋OH－，Kh＝ ＝×＝＝，c2(OH－)＝×c(ClO－)＝×1.2 mol·L－1，c(OH－)＝‎ ‎2×10－3.5 mol·L－1，c(H＋)＝ ＝5×10－11.5，pH＝－lg (5×10－11.5)＝10.8。(3)该温度下，0.10 mol·L－1的CH3COOH溶液中存在电离平衡，CH3COOH??CH3COO－＋H＋，平衡常数K＝ ＝1.96×10－5，c2(H＋)＝0.10×1.96×10－5 ，c(H＋)＝1.4×10－3 mol·L－1。‎ ‎(五)有关化学反应速率、化学平衡的简答与绘图 ‎1．2NO(g) ＋ O2(g)??2NO2(g) 是制造硝酸的重要反应之一。在800 ℃时，向容积为1 L的密闭容器中充入0.010 mol NO和0.005 mol O2，反应过程中NO的浓度随时间变化如下图所示。‎ ‎(1)2 min内，v(O2) ＝________mol·L－1·min－1。‎ ‎(2)800 ℃时，该反应的化学平衡常数数值为________。‎ ‎(3)已知：‎ ‎①2NO(g)，②N2(g) ＋ 2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝68 kJ·mol－1。结合热化学方程式，说明温度对于NO生成NO2平衡转化率的影响：__________________________。‎ 答案　(1)1.25×10－3　(2)400　(3)2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH＝－115 kJ·mol－1，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NO转化为NO2的平衡转化率降低 解析　(1)v(NO)＝(0.010 mol·L－1 － 0.005 mol·L－1)/2 min＝2.5×10－3 mol·L－1·min－1，根据物质的速率之比等于化学计量数之比可得到v(O2) ＝1.25×10－3mol·L－1·min－1。(2)该反应2 min时已达平衡，平衡时NO的浓度为0.005 mol·L－1，其浓度减小0.005 mol·L－1，根据化学计量数之比可知平衡时NO2的浓度为 0.005 mol·L－1 ，O2的平衡浓度为0.005 mol·L－1－0.005/2 mol·L－1＝0.002 5 mol·L－1，所以800 ℃下该反应平衡常数K＝＝＝400。 (3)根据①可写出N2与O2生成NO的热化学方程式：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝945 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2×630 kJ·mol－1＝183 kJ·mol－1，又根据②N2(g) ＋ 2O2(g)===2NO2(g)‎ ΔH＝68 kJ·mol－1，后一个方程式减去前一个方程式得：2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH＝－115 kJ·mol－1，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NO生成NO2‎ 的平衡转化率降低。‎ ‎2．(1)以CO2为原料可制备甲醇：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g) ＋ H2O(g)　ΔH ＝－49.0 kJ·mol－1，向1 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2 (g)和3 mol H2(g)，测得CO2 (g)和CH3OH(g)浓度随时间的变化如图1所示。‎ ‎①0～8 min内，以氢气表示的平均反应速率v(H2)＝________________mol·L－1·min－1。‎ ‎②在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率(α)与L和X的关系如图2所示，L和X分别表示温度或压强。X表示的物理量是________(填“温度”或“压强”)，L1________(填“>”或“ <”)L2。‎ ‎(2)向一体积为20 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2发生反应：2CO2(g)??2CO(g)＋ O2 (g)，在不同温度下各物质的体积分数变化如图3所示。‎ 图3‎ ‎1 600 ℃时反应达到平衡，则此时反应的平衡常数K＝________。‎ 答案　(1)①0.28 (或 0.281 25)　②压强　< (2)0.012 5‎ 解析　(1)①结合化学平衡三段式计算，‎ ‎　　　　 CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)‎ 起始量(mol) 1 3 0 0‎ 变化量(mol) 0.75 2.25 0.75 0.75‎ 平衡量(mol) 0.25 0.75 0.75 0.75‎ 反应速率v(H2)＝＝≈0.28 mol·L－1·min－1。‎ ‎②该反应为气体体积减小的放热反应，利用平衡影响原理分析，升温平衡向吸热反应方向移动，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，由图像可知，X增大CO2的平衡转化率(α)增大，说明平衡正向移动，则X为压强，L为温度变化，温度升高平衡逆向移动，二氧化碳转化率越大，温度越低，则L1＜L2。‎ ‎(2)图像中减少的为二氧化碳，平衡体积分数为40%，1 600 ℃时反应达到平衡，设二氧化碳消耗浓度为x，‎ ‎　 　　　　　　　　2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)‎ 起始量( mol·L－1)　　 0.05　　　　0　　　0‎ 变化量( mol·L－1) x x 0.5x 平衡量( mol·L－1) 0.05－x x 0.5x ＝40%，x＝0.025 mol·L－1，平衡常数K＝＝0.012 5。‎ ‎3．下图表示起始投料量H2/CO2＝4时，‎ 反应①CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(l)　ΔH1‎ 反应②2CO2(g)＋6H2(g)??CH3OCH3(g)＋3H2O(l) ΔH2＝－122.54 kJ·mol－1中CO2的平衡转化率随反应温度的变化关系如图1所示，根据图示回答下列问题：‎ 图1　　　　　　　　　　图2‎ ‎(1)ΔH1________(填“>””<”或“＝”)0。‎ ‎(2)________(填“高温”或“低温”)有利于提高反应②中二甲醚的产率，请简述理由： ‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若起始投料量H2/CO2＝4，起始温度为298 K，反应②在503 K时达到平衡，请在图2中画出CO2转化率随温度升高的变化曲线。‎ 答案　(1)＞　(2)低温　较低温度下，反应①的平衡转化率较小而反应②的较大，所以低温对反应②有利，二甲醚的产率较高 ‎(3)‎ 解析　(1)根据图像可知，升高温度后，反应①中二氧化碳的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应，所以ΔH1＞0。(2)由于反应①为吸热反应，反应②为放热反应，所以在较低温度下，反应①的平衡转化率较小而反应②较大，故低温对反应②有利，二甲醚的产率较高。(3)反应②在503 K时达到平衡，则从298 K 开始，二氧化碳的转化率逐渐增大，当温度达到503 K时，二氧化碳的转化率达到最大，当温度大于503 K后，二氧化碳的转化率会减小，则CO2转化率随温度升高的变化曲线为 ‎　。‎ ‎4．利用反应4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1 811.63 kJ·mol－1消除氮氧化物的污染。‎ 相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同的催化剂，反应产生N2的物质的量随时间变化如图1所示。‎ ‎(1)在催化剂A作用下，经过相同时间，测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示，据图可知，在相同的时间内，温度对脱氮率的影响：_______________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________________，‎ 其可能的原因是__________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(已知A、B催化剂在此温度范围内不失效)‎ 图2‎ ‎(2)其他条件相同时，请在图2中补充在催化剂B作用下脱氮率随温度变化的曲线。‎ 答案　(1)300 ℃之前，温度升高，脱氮率逐渐增大，300 ℃之后温度升高，脱氮率逐渐减小　300 ℃前反应未平衡，脱氮率决定于反应速率，温度越高反应速率越快，所以脱氮率增大，300 ℃之后反应达平衡，脱氮率决定于化学平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小 ‎(2)‎ 解析　(1)由图可知300 ℃以前温度越高脱氮率越高，300 ℃后温度越高脱氮率越低，原因可能是300 ℃前是平衡建立的过程，而300 ℃后是平衡移动的过程。(2)B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，但最终的脱氮率不变，所以图像为 ‎。‎ ‎5．已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理：‎ ‎2CO2(g)＋6H2(g)??C2H5OH(g)＋3H2O(g) ΔH ＝－173.6 kJ·mol－1‎ 图1‎ 图2‎ 图3‎ ‎(1)图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系，已知m 为起始时的投料比，即m＝。‎ ‎①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为______________________________。‎ ‎②图2中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为____________________，理由是 ‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)图3表示在总压为5 MPa的恒压条件下，且m＝3时，不同温度下各物质的物质的量分数与温度的关系。‎ ‎①曲线b代表的物质为________(填化学式)。‎ ‎②图3中P点时CO2的转化率为________。‎ ‎③T4温度时，该反应的平衡常数Kp＝_____________________________________________。‎ ‎(提示：用平衡分压代替平衡浓度来计算，某组分平衡分压＝总压×该组分的物质的量分数，结果保留小数点后三位)‎ 答案　(1)①T3>T2>T1　②m1>m2>m3　 相同温度下，增大氢气的量，平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大　(2)①CO2　②66.7%　③0.250‎ 解析　(1)①升温，平衡左移，CO2转化率降低，图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为T3>T2>T1。②图2中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为m1>m2>m3，理由是相同温度下，增大氢气的量，平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大。‎ ‎(2)①升温，平衡左移，CO2、H2增多，CO2增多的程度较小，所以曲线b代表的物质为CO2；②图3中P点时，H2与H2O的物质的量分数相等，CO2的转化率等于H2的为×100%＝66.7%。‎ ‎③T4温度时，CO2、H2、C2H5OH、H2O的分压p分别是10%×5 MPa、40%×5 MPa、10%×5 MPa、40%×5 MPa，该反应的平衡常数Kp＝＝0.250。‎ ‎6．在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂TiO2表面与H2O发生反应：2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝1 530.4 kJ·mol－1‎ 进一步研究相同条件下NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表：‎ 实验组别 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ T/K ‎303‎ ‎313‎ ‎323‎ ‎353‎ NH3生成量/(10－6 mol)‎ ‎4.8‎ ‎5.9‎ ‎6.0‎ ‎2.0‎ O2生成量/(10－6 mol)‎ ‎3.6‎ ‎4.4‎ ‎4.5‎ ‎1.5‎ 反应时间/h ‎3‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎3‎ 容器体积/L ‎2‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎(1)请在图中画出上述反应在“有催化剂”与“无催化剂”‎ 两种情况下反应过程中体系能量随反应过程的变化趋势示意图(图中标明必要的文字说明)。‎ ‎(2)根据表中数据，在303 K时，在3 h内用氮气表示其平均反应速率为________mol·L－1·h－1。判断组别4中反应是否达到平衡状态________(填“是”或“否”)，并说明理由___________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　‎ ‎(1)‎ ‎(2)4×10－7　否　该反应正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则n(NH3)应大于6.0×10－6 mol 解析　(1)催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，使用催化剂后，活化能降低，图像需要符合：①两条线的起点、终点分别相同；②有催化剂曲线最高处能量要低于无催化剂的最高处能量；③反应物的总能量要低于生成物的总能量。图像为 ‎。‎ ‎(2)在303 K时，在3 h内氧气的反应速率v(O2)＝＝6×10－7 mol·L－1·h－1，用氮气表示其平均反应速率v(N2)＝v(O2)＝×6×10－7 mol·L－1·h－1＝4×10－7 mol·L－1·h－1，组别4中正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则n(NH3)应大于6.0×10－6 mol，则组别4中反应未达到平衡状态。‎ ‎(六)模拟综合训练 ‎1．(2017·温州9月高三选考适应性考试)CO2回收资源化利用是环保领域研究的热点课题。‎ ‎(1)在FeO催化下，以CO2为原料制取炭黑(C)的太阳能工艺如图1所示。‎ 图1‎ 己知：①过程1生成1 mol C(s)的反应热为ΔH1。‎ ‎②过程2反应：Fe3O4(s)??3FeO(s)＋O2(g) 　ΔH2。‎ 上述以CO2为原料制取炭黑总反应的热化学方程式为________________________________，‎ 若该反应的ΔS<0，请判断该反应是否为自发反应并说明理由：________________________。‎ ‎(2)以CO2为原料可以催化加氢合成低碳烯烃，利用CO2合成乙烯的反应方程式为2CO2(g)＋6H2(g)??C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH3。在常压下，以 FeCoMnK/BeO 作催化剂，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3(总物质的量为4a mol)的投料比充入密闭容器中发生反应。测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率影响情况如图2所示。‎ 图2‎ ‎①下列说法不正确的是______________。‎ A．ΔH3<0；平衡常数：KM >KN B．增加原催化剂的表面积，对平衡转化率无影响 C．生成乙烯的速率：v(M)有可能小于v(N)‎ D．若投料比改为n(CO2)∶n(H2)＝1∶2，可以提高CO2的平衡转化率 E．若投料比不变，温度越低，反应一定时间后CO2的转化率越高 ‎②250 ℃下，上述反应达平衡时容器体积为V L，则此温度下该反应的平衡常数为___________(用含a、V的代数式表示)。‎ ‎③某温度下，n(C2H4)随时间(t)的变化趋势曲线如图3所示。其他条件相同时，若容器的体积为其一半，画出0～t1时刻n(C2H4)随时间(t)的变化趋势曲线。‎ 图3‎ ‎(3)以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能可将CO2电解转化为低碳烯烃，则电解生成丙烯时，阴极的电极反应式为______________。‎ 答案　(1)CO2(g)===C(s)＋O2(g)　ΔH＝ΔH1＋2ΔH2　该反应为非自发反应，因为该反应的ΔH>0，ΔS<0，则ΔG>0 ‎ ‎(2)①DE　②K＝ ‎③‎ ‎(3)3CO2＋18e－＋18H＋===CH2==CH—CH3＋6H2O ‎ 解析　(1)过程①CO2(g) ＋6FeO(s)===C(s)＋ 2Fe3O4(s)‎ ΔH1，过程②Fe3O4(s)??3FeO(s)＋O2(g) 　ΔH2，根据盖斯定律，①＋②×2得：CO2(g)===C(s)＋O2(g) ΔH＝ΔH1＋2ΔH2；因为反应ΔH>0、ΔS<0，则ΔG>0，故反应为非自发反应。‎ ‎(2)①温度升高，CO2的平衡转化率降低，则ΔH3<0，平衡常数：KM >KN，A正确；催化剂不改变平衡转化率，B正确；N点对应的温度高于M点，生成乙烯的速率：v(M)有可能小于v(N)，C正确；若投料比改为n(CO2)∶n(H2)＝1∶2，降低了H2在混合气体中的含量，会降低CO2的平衡转化率，D错误；温度低，催化剂的催化效果降低，反应一定时间后CO2的转化率越低，E错误。‎ ‎②　　　　 2CO2(g)＋6H2(g)??C2H4(g)＋4H2O(g)‎ 起始(mol) a 3a 0 0‎ 转化(mol) 0.5a 1.5a 0.25a a 平衡(mol) 0.5a 1.5a 0.25a a 平衡常数K＝＝。‎ ‎③若容器的体积为其一半，压强增大，到达平衡的时间缩短，且平衡正向移动，生成更多的C2H4，n(C2H4)比原平衡大，即可得到图像。‎ ‎(3)阴极应是CO2得电子，在酸性条件下，阴极的电极反应式为3CO2＋18e－＋18H＋===CH2==CH—CH3＋6H2O ‎2．(2017·台州9月选考科目教学质量评估)乙二醇(沸点：197.3 ℃)是一种重要的基础化工原料。由煤基合成气(主要成分CO、H2)与氧气先制得草酸二甲酯(沸点：164.5 ℃)，再加氢间接合成乙二醇，该方法具有反应条件温和、环境污染小等优点。反应过程如下：‎ 反应Ⅰ　4NO(g)＋4CH3OH(g)＋O2(g)??4CH3ONO(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1‎ 反应Ⅱ 2CO(g)＋2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l)＋2NO(g) 　ΔH2＝b kJ·mol－1‎ 反应Ⅲ　CH3OOCCOOCH3(l)＋4H2(g)??HOCH2CH2OH(l)＋2CH3OH(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1‎ ‎(1)煤基合成气间接合成乙二醇的总热化学方程式是__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 在较低温条件下，该反应能自发进行的可能原因是___________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)CO、CH3ONO各0.4 mol在恒温、容积恒定为2 L的密闭容器中发生反应Ⅱ，达到平衡时NO的体积分数33.3%，若此时向容器中通入0.4 mol NO，一段时间后，重新达到平衡时NO体积分数________(填“>”“＝”“<”)33.3%。‎ ‎(3)温度改变对反应Ⅱ的催化剂活性有影响，评价催化剂活性参数：空时收率和CO选择性，表示式如下：‎ 空时收率＝　 CO的选择性＝‎ ×100%‎ 在不同温度下，某兴趣小组对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间t小时，测得空时收率、CO选择性数据如下表所示。‎ 反应温度(℃)‎ 空时收率(g· mL－1· h－1)‎ CO的选择性(% )‎ ‎130‎ ‎0.70‎ ‎①72.5‎ ‎140‎ ‎0.75‎ ‎② 71.0‎ ‎150‎ ‎0.71‎ ‎③55.6‎ ‎160‎ ‎0.66‎ ‎④63.3‎ 下列说法正确的是________。‎ A．温度升高，空时收率先增大后减少，说明ΔH2>0‎ B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低，所以数据④肯定错误 C．130 ℃时，CO的选择性最高，说明CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成CH3OOCCOOCH3时，选择140 ℃效果最好 ‎(4)120 ℃、常压时，CH3OOCCOOCH3＋4H2??HOCH2CH2OH ＋2CH3OH 反应过程中能量变化如下图所示。画出180 ℃、常压时，加入催化剂，该反应过程中能量变化图。‎ ‎(5)研究证实，乙二醇、氧气可以在碱性溶液中形成燃料电池，负极的电极反应式是________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)4CO (g)＋ 8H2(g) ＋O2 (g)??2HOCH2CH2OH(l) ＋ 2H2O(g) 　ΔH＝(a＋2b＋2c) kJ·mol－1‎ 该反应的ΔS<0 ，自发进行的可能原因就是ΔH<0　(2)＞　(3)D ‎(4)‎ ‎(5)HOCH2CH2OH－10e－＋14OH－===2CO＋10H2O ‎ 解析　根据盖斯定律，Ⅰ＋Ⅱ×2＋Ⅲ×2得：4CO (g)＋ 8H2(g) ＋O2 (g)??2HOCH2CH2OH(l) ＋ 2H2O(g) ΔH＝(a＋2b＋2c)kJ·mol－1；因为该反应的ΔS<0，在较低温条件下，该反应能自发进行的可能原因就是ΔH<0。‎ ‎(2)达到平衡后，再向容器中通入0.4 mol NO，等同于起始时在2 L的密闭容器中加入CO、CH3ONO各0.8 mol，相对于第一次，相当于给原平衡加压，平衡正向移动，NO体积分数增大，即大于33.3%。‎ ‎(3)温度升高，空时收率先增大后减少，说明ΔH2<0，A 错误；温度升高，催化剂活性先增大后逐渐减弱，B错误；130 ℃时，虽然CO的选择性最高，但空时收率低，CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率不一定最高，C错误；综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成CH3OOCCOOCH3时，选择140 ℃效果最好，D正确。‎ ‎(4)180 ℃、常压时，草酸二甲酯(沸点：164.5 ℃)是气态，起始能量高于120 ℃、常压时的，加入催化剂，降低反应的活化能，催化剂参与反应会生成中间产物，故该反应过程中能量变化图如下：‎ ‎。‎ ‎(5)燃料电池均是可燃物作负极、失电子，发生氧化反应，故乙二醇、氧气在碱性溶液中形成燃料电池时负极电极反应式是HOCH2CH2OH－10e－＋14OH－===2CO＋10H2O。‎