第31題化學(xué)基本理論綜合題題組一以生產(chǎn)科研為背景的綜合題1以CH4和H2O為原料制備甲醇的相關(guān)反應(yīng)如下：.CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.0 kJ·mol1.CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H129.0 kJ·mol1(1)寫出CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2(g) 的熱化學(xué)方程式：_。(2)若在100 時，將1.0 mol CH4(g)和2.0 mol H2O(g)充入100 L真空的密閉密器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，每隔一段時間對該容器內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行分析，得到如表所示數(shù)據(jù)：時間(min)02468n(CH4)/mol1.0n10.4n3n4n(H2O)/mol2.01.6n21.21.2在上述條件下，從反應(yīng)開始直至2 min時，用CH4表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_。n1_ mol，n2_ mol，n3_n4(填“>”、“<”或“”)。100 時，反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(保留2位有效數(shù)字)。(3)在壓強(qiáng)為0.1 MPa、溫度為200 的條件下，將2.0 mol CO與3.0 mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來的，其他條件不變，下列說法中正確的是_。A平衡常數(shù)K增大B正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小CCH3OH的物質(zhì)的量增加D重新平衡時c(H2)/c(CH3OH)減小(4)工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種：甲醇蒸氣重整法。該方法的主要反應(yīng)為CH3OH(g)CO(g)2H2(g)，此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是_。甲醇部分氧化法。在一定溫度下以Ag/CeO2ZnO為催化劑，原料氣比例對反應(yīng)的選擇性(選擇性越大，表示生成的該物質(zhì)越多)影響關(guān)系如圖所示。則當(dāng)0.25時，CH3OH與O2發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。答案(1)CH4(g)H2O(g)CH3OH(g)H2(g)H77.0 kJ·mol1(2)0.002 mol·L1·min10.61.44.6×103(3)CD(4)該反應(yīng)是一個熵增加的反應(yīng)，即S>02CH3OHO22HCHO2H2O解析(1)式與式相加得CH4(g)H2O(g)CH3OH(g)H2(g)H77.0 kJ·mol1。(2)用H2O表示的該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H2O)0.4 mol÷100 L÷2 min0.002 mol·L1·min1，則用CH4表示的該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(CH4)v(H2O)0.002 mol·L1·min1。根據(jù)反應(yīng)方程式計算可得n10.6 mol，n21.4 mol，再根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知68 min反應(yīng)已達(dá)到平衡，故n3n4。(3)反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，減小體系體積相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率均加快，但正反應(yīng)速率增大得更快，平衡向正反應(yīng)方向移動，CH3OH的物質(zhì)的量增加；根據(jù)化學(xué)平衡移動原理可知，重新達(dá)到平衡時，減?。黄胶獬?shù)僅與溫度有關(guān)，增大壓強(qiáng)，平衡常數(shù)K不變；綜上分析，C、D項正確。(4)該反應(yīng)為分解反應(yīng)，反應(yīng)的H>0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的S>0。分析坐標(biāo)圖可知，當(dāng)0.25時，CH3OH與O2反應(yīng)主要生成HCHO。2由生物質(zhì)能通過綠色化學(xué)途徑制取氫氣是當(dāng)前能源發(fā)展的一個重要方向。如圖表示的是以CaO為吸收體，將生物質(zhì)經(jīng)與水蒸氣反應(yīng)制取H2的流程(生物質(zhì)簡寫為C)。其中氣化爐和燃燒爐中分別發(fā)生的主要反應(yīng)如表所示：氣化爐燃燒爐C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H131.6 kJ·mol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.2 kJ·mol1CaO(s)CO2(g)CaCO3(s)H178.3 kJ·mol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393.8 kJ·mol1CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)K請回答下列問題：(1)氣化爐中的總反應(yīng)為C(s)2H2O(g)CaO(s)=CaCO3(s)2H2(g)H_ kJ·mol1。(2)燃燒爐中反應(yīng)所需的能量由反應(yīng)提供。如果生成1 mol CaO，至少需通入純氧_ mol。(3)下表列出的是當(dāng)只改變溫度或壓強(qiáng)時，反應(yīng)中CO2的濃度和CaCO3的殘留率的變化。0510152025T101.52.34.04.04.0T201.01.82.83.13.10510152025p110.900.830.750.750.75p210.580.350.310.300.30由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度升高，反應(yīng)K值_(填“增大”、“減小”或“不變”)，T1_T2(填“>”或“<”，下同)；隨著壓強(qiáng)增大，CaCO3的分解率減小，則p1_p2。(4)在一定溫度、壓強(qiáng)時，H2的變化量等于CO的變化量，當(dāng)氣化爐內(nèi)壓強(qiáng)增大時，H2的含量會明顯增大。若起始時c(H2)c(CO)32，請根據(jù)(H2)的變化，在圖中補(bǔ)充完整(CO)的變化圖示。(5)當(dāng)生物質(zhì)的量一定時，隨著水蒸氣與氧氣的投料比的增大，CaCO3的分解率會_(填“增大”、“減小”或“不變”)，原因為_。答案(1)87.9(2)0.453(3)增大>>(4)如圖所示(5)減小當(dāng)水蒸氣與氧氣的投料比增大時，將促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)的反應(yīng)程度減小，不利于反應(yīng)進(jìn)行，造成CaCO3的分解率減小解析(1)根據(jù)蓋斯定律，由可得總反應(yīng)的H87.9 kJ·mol1。(2)再生成1 mol CaO需要吸收178.3 kJ熱量，則需要燃燒n(C)0.453 mol，則至少需通入0.453 mol O2。(3)分析表中數(shù)據(jù)可得，T1先于T2達(dá)到平衡狀態(tài)，則T1>T2，平衡后T1時CO2的濃度高于T2時CO2的濃度，說明溫度升高平衡正向進(jìn)行，K值增大；因隨壓強(qiáng)增大，CaCO3的分解率減小，且p1先于p2達(dá)到平衡狀態(tài)，則p1>p2。(4)由壓強(qiáng)增大，H2的物質(zhì)的量增大可知，壓強(qiáng)增大有利于反應(yīng)、的進(jìn)行，體系中CO、H2O的物質(zhì)的量減少。(5)當(dāng)水蒸氣與氧氣的投料比增大時，將促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)的反應(yīng)程度減小，不利于反應(yīng)進(jìn)行，造成CaCO3的分解率減小。3聚乙烯塑料在生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。工業(yè)上，由乙苯和二氧化碳催化脫氫可制備苯乙烯，化學(xué)方程式如下：請回答下列問題：(1)苯乙烯在一定條件下合成聚苯乙烯的化學(xué)方程式為_。立方烷(C8H8)的鍵線式結(jié)構(gòu)如圖所示，它和苯乙烯的關(guān)系是_(填“同位素”、“同素異形體”、“同分異構(gòu)體”或“同系物”)。(2)乙苯在二氧化碳?xì)夥罩蟹謨刹椒磻?yīng)：H1117.6 kJ·mol1H2(g)CO2(g)CO(g)H2O(g)H241.2 kJ·mol1由乙苯與CO2制苯乙烯反應(yīng)的H_。該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是_(填序號)。A較高溫度下自發(fā) B較低溫度下自發(fā)C任何溫度下不自發(fā) D任何溫度下自發(fā)(3)以熔融碳酸鹽(MCO3)為電解質(zhì)，一氧化碳空氣燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L氧氣參與反應(yīng)，理論上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_。(4)溫度為T1時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K0.5。在2 L的密閉容器中加入乙苯和二氧化碳，反應(yīng)到某時刻測得混合物各組分的物質(zhì)的量均為1.0 mol。該時刻上述化學(xué)反應(yīng)中CO2的v正_v逆(填“>”、“<”或“”)。下列情況不能說明上述反應(yīng)在該條件下達(dá)到平衡狀態(tài)的是_(填序號)。A混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變B混合氣體的密度不變CCO的正、逆反應(yīng)速率相等答案(1)同分異構(gòu)體(2)76.4 kJ·mol1A(3)CO2eCO=2CO22NA(或1.204×1024)(4)B解析(1)苯乙烯與立方烷的化學(xué)式均為C8H8，結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體。(2)得總反應(yīng)式HH1H2117.6 kJ·mol141.2 kJ·mol176.4 kJ·mol1，該反應(yīng)為正向熵增的吸熱反應(yīng)。(3)負(fù)極CO被氧化為CO2，計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，可直接計算O2得到的電子數(shù)。(4)通過K與Q的比較確定反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而判斷v正與v逆的大小。該反應(yīng)是在恒容條件，反應(yīng)前后氣體分子數(shù)可變的可逆反應(yīng)，且反應(yīng)物、生成物都是氣體，混合氣體的密度始終不變，不能作為判斷平衡的標(biāo)志。題組二以環(huán)境保護(hù)為背景的綜合題1一定條件下，通過下列反應(yīng)可實現(xiàn)燃煤煙氣中硫的回收：2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)H(1)已知：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H1566 kJ·mol1S(l)O2(g)=SO2(g)H2296 kJ·mol1則反應(yīng)熱H_ kJ·mol1。(2)其他條件相同、催化劑不同時，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖a所示。260 時_(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化劑反應(yīng)速率最快。Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，不考慮價格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點(diǎn)是_。(3)科研小組在380 、Fe2O3作催化劑時，研究了不同投料比n(CO)n(SO2)對SO2轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果如圖b所示。請在圖b中畫出n(CO)n(SO2)21時，SO2的轉(zhuǎn)化率的預(yù)期變化曲線。(4)工業(yè)上還可用Na2SO3溶液吸收煙氣中的SO2：Na2SO3SO2H2O=2NaHSO3。某溫度下用1.0 mol·L1 Na2SO3溶液吸收純凈的SO2，當(dāng)溶液中c(SO)降至0.2 mol·L1時，吸收能力顯著下降，應(yīng)更換吸收劑。此時溶液中c(HSO)約為_ mol·L1。此時溶液pH_。(已知該溫度下SOHHSO的平衡常數(shù)K8.0×106，計算時SO2、H2SO3的濃度忽略不計)答案(1)270(2)Cr2O3Fe2O3作催化劑時，在相對較低溫度時可獲得較高SO2的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源(3)如圖所示(4)1.66解析(1)根據(jù)蓋斯定律，由已知中第一個反應(yīng)減去第二個反應(yīng)可得2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)，則HH1H2270 kJ·mol1。(2)根據(jù)圖a,260 時Cr2O3曲線對應(yīng)的SO2的轉(zhuǎn)化率最高。Fe2O3作催化劑的優(yōu)點(diǎn)是在相對較低的溫度時獲得的SO2的轉(zhuǎn)化率較高，可以節(jié)約能源。(3)n(CO)n(SO2)21時，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%，但比n(CO)n(SO2)31時達(dá)平衡要慢。(4)溶液中c(SO)降至0.2 mol·L1時，參加反應(yīng)的c(SO)為0.8 mol·L1，則反應(yīng)生成的c(HSO)約為1.6 mol·L1。K8.0×106，則c(H)106 mol·L1，pH6。2黨的十八大報告中首次提出“美麗中國”的宏偉目標(biāo)。節(jié)能減排是中國轉(zhuǎn)型發(fā)展的必經(jīng)之路，工業(yè)生產(chǎn)中聯(lián)合生產(chǎn)是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施，下圖是幾種工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)合生產(chǎn)工藝：請回答下列問題：(1)裝置甲為電解池，根據(jù)圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：A為_(填化學(xué)式)，陰極反應(yīng)式為_。(2)裝置丙的反應(yīng)物為Ti，而裝置戊的生成物為Ti，這兩個裝置在該聯(lián)合生產(chǎn)中并不矛盾，原因是_。裝置戊進(jìn)行反應(yīng)時需要的環(huán)境為_(填字母序號)。AHCl氣體氛圍中 B空氣氛圍中C氬氣氛圍中 D水中(3)裝置乙中發(fā)生的是工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H<0。該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)如下表：溫度/250350K2.041x符合表中的平衡常數(shù)x的數(shù)值是_(填字母序號)。A0 B0.012C32.081 D100若裝置乙為容積固定的密閉容器，不同時間段各物質(zhì)的濃度如下表：c(CO)/mol·L1c(H2)/mol·L1c(CH3OH)/mol·L10 min0.81.602 min0.6y0.24 min0.30.60.56 min0.30.60.5 反應(yīng)從2 min到4 min之間，H2的平均反應(yīng)速率為_。反應(yīng)達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為_。反應(yīng)在第2 min時改變了反應(yīng)條件，改變的條件可能是_(填字母序號)。A使用催化劑B降低溫度C增加H2的濃度(4)裝置己可以看作燃料電池，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_。答案(1)Cl22H2e=H2(2)進(jìn)入裝置丙的Ti含有的雜質(zhì)較多，從裝置戊中出來的Ti較為純凈C(3)B0.3 mol·L1·min162.5%A(4)CH3OH8OH6e=CO6H2O解析(1)裝置甲為電解飽和NaCl溶液的裝置，陽極為Cl失電子，被氧化為Cl2，陰極為水電離的H得電子，生成氫氣和NaOH。(2)裝置丙和裝置戊的作用是提純Ti。(3)H<0，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故平衡常數(shù)隨著溫度的升高而降低，x<2.041，而且因為是可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)不可能為0。根據(jù)表格中CO或CH3OH的濃度可知y1.2 mol·L1，所以反應(yīng)從2 min到4 min之間，H2的平均反應(yīng)速率為0.3 mol·L1·min1；4 min時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故CO的轉(zhuǎn)化率為×100%62.5%；02 min的反應(yīng)速率比24 min的反應(yīng)速率小，故2 min時可能使用了催化劑。(4)裝置己是由甲醇、氧氣、NaOH溶液構(gòu)成的燃料電池，負(fù)極反應(yīng)為甲醇在堿性條件下失電子的反應(yīng)。