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專(zhuān)題17 化學(xué)反應(yīng)與能量、速率和平衡綜合題
1．【樂(lè)山市2018屆第二次調(diào)查研究考試】甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下:
I.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ/mol
III.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H3=-49.53kJ/mol
某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱
物質(zhì)
CO
CO2
H2
CH3OH(g)
標(biāo)準(zhǔn)生成熱(kJ/mol)
-110.52
-393.51
0
-201.25
回答下列問(wèn)題:
(1)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱是常用的化學(xué)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可以用來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱?；瘜W(xué)反應(yīng)熱:ΔH=生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和一反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和。計(jì)算 △H1=_____kJ/mol。
(2)在一容積可變的密團(tuán)容器中，1molCO與2molH2發(fā)生反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。
①a、b兩點(diǎn)的反應(yīng)速率:v(a)___v(b)(填“>”、“<”或“=”)
②T1____T2(填“>”、“<"或“=”)，原因是___________________________。
③在c點(diǎn)條件下，下列敘述能說(shuō)明上述反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____(填代號(hào))。
a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍 b.CH3OH的體積分?jǐn)?shù)不再改變
C．混合氣體的密度不再改變 d.CO和CH3OH的物質(zhì)的量之和保持不變
④計(jì)算圖中a點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp____(kPa)-2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(3)合成甲醇尾氣中CO的濃度常用電化學(xué)氣敏傳感器進(jìn)行測(cè)量，其中CO傳感器可用下圖簡(jiǎn)單表示，則陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)________。
【答案】－90.73＜＜CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T1
”“<”或“=”，下同）。若T1、P1，T3、P3時(shí)平衡常數(shù)分別為K1、K3，則K1________K3，T1、P1時(shí)H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____________。
②在恒容密閉容器里按體積比為1∶3充入二氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)改變反應(yīng)的某一個(gè)條件后，下列能說(shuō)明平衡一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的是______（填序號(hào)）。
A．反應(yīng)物的濃度增大 B．混合氣體的密度減小
C．正反應(yīng)速率小于逆反應(yīng)速率 D．氫氣的轉(zhuǎn)化率減小
（2）將一定量的CO2氣體通入氫氧化鈉的溶液中，向所得溶液中邊滴加稀鹽酸邊振蕩至過(guò)量、產(chǎn)生的氣體與加入鹽酸物質(zhì)的量的關(guān)系如圖（忽略氣體的溶解和HCl的揮發(fā)）。請(qǐng)回答：當(dāng)加入HCl 的物質(zhì)的量為1 mol時(shí)，溶液中所含溶質(zhì)的化學(xué)式__________，a點(diǎn)溶液中各離子濃度由大到小的關(guān)系式為_(kāi)___________________________________。
（3）CO2在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO3反應(yīng)，CaCO3是一種難溶物質(zhì)，其Ksp = 2.810－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若混合前Na2CO3溶液的濃度為210－4 molL－1，則生成沉淀加入CaCl2溶液的最小濃度為_(kāi)__________ molL－1。
【答案】> <57.1%CNa2CO3、NaClc(Na+) > c(Cl－) > c(HCO3－) > c(OH－) > c(H+) > c(CO32－)5.610-5
【解析】
解之得，H2的平衡轉(zhuǎn)化率為57.1%。②在恒容密閉容器里按體積比為1：3充入二氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀。當(dāng)改變反應(yīng)的某一個(gè)條件后，A. 反應(yīng)物的濃度增大，可能是增大了反應(yīng)物的濃度（再加入少量的反應(yīng)物）使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的結(jié)果，也可能是增大生成物濃度（或升高溫度）使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的結(jié)果； B. 混合氣體的密度減小，有可能是減小反應(yīng)物濃度使平衡逆向移動(dòng)，也有可能是減小生成物濃度（如降低溫度使部分水液化）使平衡正向移動(dòng)的結(jié)果；C. 正反應(yīng)速率小于逆反應(yīng)速率，平衡一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；D. 氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，可能是增大氫氣的濃度（再加入少量氫氣）使平衡正向移動(dòng)的結(jié)果，也可能是升高溫度使平衡逆向移動(dòng)的結(jié)果。綜上所述，能說(shuō)明平衡一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的是C；（2）由圖可知，反應(yīng)明顯分為兩個(gè)階段，前后兩個(gè)階段所消耗的HCl的物持的量之比為3:2，說(shuō)明原溶液中的溶質(zhì)為碳酸鈉和氫氧化鈉，且兩者物質(zhì)的量之比為2:1，兩者物質(zhì)的量分別是2mol、1mol。通入1mol HCl時(shí)，氫氧化鈉恰好反應(yīng)完全，溶液中所含溶質(zhì)為Na2CO3、NaCl。a點(diǎn)溶液中有3mol NaCl和1molNaHCO3，由于碳酸氫根離子的水解程度大于電離程度，所以，各離子濃度由大到小的關(guān)系式為c(Na+)＞c(Cl-)＞c(HC03-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)；（3）CO2在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO3反應(yīng)，CaCO3是一種難容物質(zhì)，其Ksp = 2.810－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為
210－4molL-1，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為molL-1。
【點(diǎn)睛】?jī)煞N稀溶液等體積混合后，若兩溶液中的溶質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)，則兩溶質(zhì)的濃度均變?yōu)樵瓉?lái)的一半。
4．【云南省紅河州2018屆高三復(fù)習(xí)統(tǒng)一檢測(cè)】碳及其化合物在能源和材料方面具有廣泛的用途，回答下列問(wèn)題：
（1）已知CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) =-607.31kJ/mol
2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) =-566.0kJ/mol
寫(xiě)出表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式________________。
（2）天然氣的一個(gè)重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。
在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。則：
①壓強(qiáng)P2_____P1（填 “>”或“<”）；原因
________________________________________________________________________________。
②壓強(qiáng)為P1時(shí)，在Y點(diǎn)：v(逆)_______v(正)（填“>”、“<”或“=”）。
③求X點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________。（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）
（3）CO可以合成二甲醚，CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H<0，二甲醚可以作為燃料電池的原料。利用此燃料電池以石墨為電極電解1L，0.5mol/L的CuSO4溶液，導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)0.1mol電子時(shí)，假設(shè)溶液體積不變，則所得溶液pH=______________，標(biāo)況下理論上產(chǎn)生O2_______________L（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）。
【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJmol-1>同一溫度下轉(zhuǎn)化率P1大于P2，而該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以P2>P1<1.6410.56
【解析】
（3）用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+，由方程式的計(jì)量數(shù)關(guān)系可得，則當(dāng)轉(zhuǎn)移的電子為0.1mol時(shí)，產(chǎn)生的n（H+）=0.1mol，其濃度為0.1mol/L，pH=1，n（O2）=0.1mol4=0.025mol，體積為0.025mol22.4L/mol=0.56L，故答案為：1、0.56。
【點(diǎn)睛】
在研究?jī)蓚€(gè)條件下可逆反應(yīng)的移動(dòng)方向時(shí)，往往先控制一個(gè)外界條件相同，然后分析另一個(gè)條件對(duì)可逆反應(yīng)的影響。如本題圖中反映了甲烷的轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)、溫度兩個(gè)條件下的變化情況，在比較P1 、P2的大小時(shí)應(yīng)選擇在相同溫度下進(jìn)行對(duì)比。
5．【山東省七校聯(lián)合體2018屆高三第二次聯(lián)考】（1）2017年中科院某研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)一種新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能符合催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了CO2直接加氫制取辛烷值汽油，該研究成果被評(píng)價(jià)為“CO2催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”。
已知：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH1 =—aKJ/mol
C8H18(1)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1) ΔH2=—bKJ/mol
試寫(xiě)出25℃、101kPa條件下，CO2與H2反應(yīng)生成汽油（以C8H18表示）的熱化學(xué)方程式________。
（2）利用CO2及H2為原料，在合適的催化劑（如Cu/ZnO催化劑）作用下，也可合成CH3OH，涉及的反應(yīng)有：
甲：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H= — 53.7kJmol-1 平衡常數(shù)K1
乙：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H= + 41.2kJmol-1 平衡常數(shù)K2
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=______(用含K1、K2的表達(dá)式表示)，該反應(yīng)H_____0（填“大于”或“小于”）。
②提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有___________（填寫(xiě)兩項(xiàng)）。
③催化劑和反應(yīng)體系的關(guān)系就像鎖和鑰匙的關(guān)系一樣，具有高度的選擇性。下列四組實(shí)驗(yàn)，控制CO2和H2初始投料比均為1：2.2，經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間（t1min）。
溫度（K）
催化劑
CO2轉(zhuǎn)化率（%）
甲醇選擇性（%）
綜合選項(xiàng)
543
Cu/ZnO納米棒材料
12.3
42.3
A
543
Cu/ZnO納米片材料
11.9
72.7
B
553
Cu/ZnO納米棒材料
15.3
39.1
C
553
Cu/ZnO納米片材料
12.0
70.6
D
由表格中的數(shù)據(jù)可知，相同溫度下不同的催化劑對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化為CH3OH的選擇性有顯著影響，根據(jù)上表所給數(shù)據(jù)結(jié)合反應(yīng)原理，所得最優(yōu)選項(xiàng)為_(kāi)__________（填字母符號(hào)）。
（3）以CO、H2為原料合成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在體積均為2L的三個(gè)恒容密閉容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，分別都充入1molCO和2molH2，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T(mén)1、T2、T3且恒定不變。下圖為三個(gè)容器中的反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)示意圖，其中有一個(gè)容器反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)。
①0～5min時(shí)間內(nèi)容器Ⅱ中用CH3OH表示的化學(xué)反應(yīng)速率為_(kāi)________________。
②三個(gè)容器中一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是容器________（填寫(xiě)容器代號(hào)）。
【答案】 8CO2(g)+25H2(g)=C8H18(1)+16H2O(1) ΔH=—（25a-b）KJ/mol K= 小于 降低溫度、減小產(chǎn)物濃度 B 0.0875mol/(Lmin) Ⅲ
【解析】
③由表中數(shù)據(jù)分析在相同溫度下不同催化劑對(duì)甲醇的選擇性有顯著影響，使用Cu/ZnO納米片催化劑時(shí)甲醇選擇性高；使用相同的催化劑在不同溫度下，雖然二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加，甲醇的選擇性卻減小，說(shuō)明溫度升高，副產(chǎn)物增加，因此綜合考慮選B選項(xiàng)；
(3) ①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
開(kāi)始時(shí)的物質(zhì)的量：1 2 0
轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量：a 2a a
平衡時(shí)的物質(zhì)的量：1-a 2-2a a
容器Ⅱ中0～5 min內(nèi)H2含量是20%，a=，v(CH3OH)= 0.0875mol/(Lmin)；②Ⅲ中溫度高氫氣含量高，說(shuō)明達(dá)到平衡升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氫氣含量增加。
【點(diǎn)睛】
本題綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化和化學(xué)反應(yīng)平衡。蓋斯定律，又名反應(yīng)熱加成性定律：若一反應(yīng)為二個(gè)反應(yīng)式的代數(shù)和時(shí)，其反應(yīng)熱為此二反應(yīng)熱的代數(shù)和。也可表達(dá)為在條件不變的情況下，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)只與起始和終了狀態(tài)有關(guān)，與變化途徑無(wú)關(guān)；化學(xué)平衡常數(shù)指在一定溫度下，可逆反應(yīng)都達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，固體、純液體不需要表示出；影響化學(xué)平衡的因素有濃度、溫度和壓強(qiáng)等。
6．【漳州市2018屆高三考前模擬】科學(xué)家積極探索新技術(shù)對(duì)CO2進(jìn)行綜合利用。
Ⅰ．CO2可用FeO吸收獲得H2。
i. 6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) △Hl=－76.0 kJmol－1
ⅱ. C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H2= +113.4 kJmol－1
（1）3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g) △H3=_________。
（2）在反應(yīng)i中，每放出38.0 kJ熱量，有______gFeO被氧化。
Ⅱ．CO2可用來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝－49.0 kJmol－1。在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。
（3）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝___________________ mol(Lmin) －1。
（4）氫氣的轉(zhuǎn)化率＝________________________。
（5）該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_________________________ (保留小數(shù)點(diǎn)后2位)。
（6）下列措施中能使平衡體系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_____________________。
A．升高溫度 B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大
C．再充入1 mol H2 D．將H2O(g)從體系中分離出去
（7）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應(yīng)再一次達(dá)到平衡后，H2的物質(zhì)的量濃度為c2，則c1________c2的關(guān)系(填“＞”、“＜”或“＝”)。
III．CO2可用堿溶液吸收獲得相應(yīng)的原料。
利用100 mL 3 molL—1NaOH溶液吸收4.48 LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，得到吸收液。
（8）該吸收液中離子濃度的大小排序?yàn)開(kāi)__________________。將該吸收液蒸干，灼燒至恒重，所得固體的成分是_________(填化學(xué)式)。
【答案】 +18.7 kJmol—1 144 0.225 75% 5.33 CD ＜ c(Na+)＞c(HCO3—)＞c(CO32—)＞c(OH—)＞c(H+) Na2CO3
【解析】
（4）反應(yīng)前氫氣的濃度是3mol/L，所以平衡時(shí)氫氣的濃度是3mol/L－2.25mol/L＝0.75mol/L，氫氣的轉(zhuǎn)化率＝；（5）此時(shí)，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝；（6）要使n（CH3OH）/n（CO2）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH3OH）/n（CO2）減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，濃度沒(méi)有變化，平衡不移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．再充入1molH2，反應(yīng)物的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，n（CH3OH）增大，n（CO2）減小，則n（CH3OH）/n（CO2）增大，選項(xiàng)C正確； D．將H2O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）增大，選項(xiàng)D正確； 答案選CD；（7）若是恒容密閉容器、反應(yīng)后整個(gè)體系的壓強(qiáng)比之前來(lái)說(shuō)減小了，加入氫氣雖然正向移動(dòng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡正向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量在增加后的基礎(chǔ)上減小，但是CO2（g）濃度較小、CH3OH（g） 濃度增大、H2O（g）濃度增大，且平衡常數(shù)不變達(dá)到平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c1＜c2；（8）實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液來(lái)進(jìn)行洗氣和提純，當(dāng)100mL 3mol/L的NaOH溶液吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L CO2時(shí)，所得溶液為等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合液，水解顯堿性，且碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，各離子濃度由大到小的順序?yàn)閏(Na+)＞c(HCO3—)＞c(CO32—)＞c(OH—)＞c(H+)；將該吸收液蒸干，灼燒至恒重，由于碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉，故所得固體的成分是Na2CO3。
7．【江西師大附中2018屆高三年級(jí)測(cè)試（最后一卷）】甲烷是天然氣的主要成分，是一種重要的清潔能源和化工原料。
(1)用煤制天然氣時(shí)會(huì)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，通過(guò)多種途徑生成CH4。
已知：C(s)+2H2(g)CH4 △H=-73kJ/mol
2CO(g)C(s)+CO2(g) △H=-171kJ/mol
CO(g)+3H(g)CH4(g)+H2O(g) △H=-203kJ/mol。
寫(xiě)出CO與H2O(g)反應(yīng)生成H2和CO2的熱化學(xué)方程式_________________。
(2)天然氣中含有H2S雜質(zhì)，某科研小組用氨水吸收得到NH4HS溶液，已知
T℃k(NH3H2O)=1.7410-5；k1(H2S)=1.0710-7，k2(H2S)=1.7410-13，NH4HS溶液中所含粒子濃度大小關(guān)系正確的是_______。
A．c(NH4+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H+) B．c(HS-)>c(NH4+)>(S2-)>c(H+)
C．c(NH4+)>c(HS-)>c(H2S)>c(H+) D．c(HS-)>c(S2-)>c(H+)>c(OH-)
(3)工業(yè)上常用CH4與水蒸氣在一定條件下來(lái)制取H2，其原理為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
①一定溫度時(shí)，在一個(gè)體積為2L的恒容密閉容器中，加入lnmolCH4和1.4mol水蒸氣發(fā)生上述反應(yīng)，5min后達(dá)平衡，生成0.2molCO，用H2表示該反應(yīng)的速率為_(kāi)________。此反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)____(結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后三位)。
②下列說(shuō)法中能說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________。
A．體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
B．生成1molCH4的同時(shí)消耗3molH2
C．各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變
D．體系的密度不再發(fā)生變化
E.反應(yīng)速率V(CH4):V(H2O)v(CO):v(H2)=1:1:1:3
(4)甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)：CH3OH(g)+H2O(g)==CO2(g)+3H2(g) △H=+49kJ/mol。某溫度下，將[n(H2O):n(CH3OH)]=1：1的原料氣充入恒容密閉容器中，初始?jí)簭?qiáng)為p1，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)總壓強(qiáng)為p2，則平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____。
(5)如圖所示，直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種，它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。請(qǐng)寫(xiě)出電池工作時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式：__________________。
【答案】 CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H=-41kJ/mol AC 0.06mol/(Lmin)
0.011(mol2/L2) AC CH4O-6e-+H2O→6H++CO2
（3）①5min后達(dá)平衡，生成0.2molCO，則同時(shí)生成氫氣是0.6mol，濃度是0.3mol/L，因此用H2表示該反應(yīng)的速率為0.3mol/L5min＝0.06 molL-1min-1。平衡時(shí)剩余甲烷是0.8mol，水蒸氣是1.2mol，因此甲烷、水蒸氣、CO和氫氣的濃度分別是（mol/L）0.4、0.6、0.1、0.3，此反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.10.33/0.40.6≈0.011。
②A.正反應(yīng)體積增大，體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A正確；B.生成1molCH4的同時(shí)消耗3molH2均表示逆反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；C.各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；D.密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量和容積始終是不變的，體系的密度不再發(fā)生變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；E.反應(yīng)速率V(CH4):V(H2O):v(CO):v(H2)=1:1:1:3不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E錯(cuò)誤；答案選AC；
（4） CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
起始量（mol） 11 00
轉(zhuǎn)化量（mol）nnn3n
平衡量（mol） 1－n1－nn 3n
則，解得，所以平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為。
（5）甲醇在負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，又因?yàn)榇嬖谫|(zhì)子交換膜，則負(fù)極反應(yīng)式為CH4O-6e-+H2O＝6H++CO2。
點(diǎn)睛：本題考查蓋斯定律、鹽類(lèi)水解、化學(xué)平衡計(jì)算、新型電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，明確電離平衡常數(shù)與離子水解程度關(guān)系、三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的靈活運(yùn)用是解本題關(guān)鍵，注意平衡狀態(tài)判斷時(shí)要抓住變量不再發(fā)生變化這一關(guān)鍵特征。
8．【四川省雙流中學(xué)2018屆高三考前第二次模擬】氮的固定意義重大，氮肥的大面積使用提高了糧食產(chǎn)量。
(1)目前人工固氮有效且有意義的方法是_______________(用一個(gè)化學(xué)方程式表示)。
(2)自然界發(fā)生的一個(gè)固氮反應(yīng)是N2(B)+O2(g) 2NO(g)，已知N2、O2、NO三種分子中化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJmol-1、498kJmol-1、632kJmol-1，則該反應(yīng)的△H=____kJmol-1。
(3)恒壓100kPa時(shí)，反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1，反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2。
①圖1中A、B、C三點(diǎn)表示不同溫度、壓強(qiáng)下2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率，則____________點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)最大。
②恒壓100kPa、25℃時(shí)，2NO2(g) N2O4(g)平衡體系中N2O4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為
______________，列式計(jì)算平衡常數(shù)Kp=____________。(Kp用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))
(4)室溫下，用往射器吸入一定量NO2氣體，將針頭插入膠塞密封，然后迅速將氣體體積壓縮為原來(lái)的一半并使活塞固定，此時(shí)手握針筒有熱感，繼續(xù)放置一段時(shí)間。從活塞固定時(shí)開(kāi)始觀察，氣體顏色逐漸__________(填“變深”或“變淺”)，原因是________________。[已知2NO2(g)N2O4(g)在幾微秒內(nèi)即可達(dá)到化學(xué)平衡]
【答案】 N2+3H2 2NH3 +180 B 66.7% (100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2 變淺 活塞固定時(shí)2NO2(g) N2O4(g)已達(dá)平衡狀態(tài)，因反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放置時(shí)氣體溫度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO2濃度降低
2NO2(g) N2O4(g)
起始量(mol) x 0
變化量(mol) 0.8x 0.4x
平衡量(mol) 0.2x 0.4x
平衡體系中N2O4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=100%=66.7%，
Kp用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)列式計(jì)算；
(4)壓縮活塞平衡正移,反應(yīng)放熱,針管微熱,活塞固定時(shí)2NO2(g) N2O4(g)已達(dá)平衡狀態(tài),放置時(shí)氣體溫度下降,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng), NO2濃度降低,顏色變淺。
詳解:(1)游離態(tài)的氮元素反應(yīng)生成化合態(tài)氮元素為氮的固定,如工業(yè)合成氨,反應(yīng)的化學(xué)方程式為: N2+3H2 2NH3，因此，本題正確答案是: N2+3H2 2NH3；
(2) N2(B)+O2(g) 2NO(g)，已知N2、O2、NO三種分子中化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量依次為
946kJmol-1、498kJmol-1、632kJmol-1，則該反應(yīng)的△H=（946kJmol-1+498kJmol-1）-2632kJmol-1=+180kJmol-1，因此，本題正確答案是:+180；
(3)①圖中曲線(xiàn)上各點(diǎn)為等壓不等溫,通過(guò)控制變量做等溫線(xiàn)確定ABC三點(diǎn)與曲線(xiàn)交點(diǎn)等溫不等壓,從而確定曲線(xiàn)以下的點(diǎn)壓強(qiáng)小于100kPa,曲線(xiàn)以上的點(diǎn)壓強(qiáng)大于100kPa,所以B點(diǎn)壓強(qiáng)最大，因此，本題正確答案是:B;
②25時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為80%,設(shè)起始量二氧化氮物質(zhì)的量為x,
2NO2(g) N2O4(g)
起始量(mol) x 0
變化量(mol) 0.8x 0.4x
平衡量(mol) 0.2x 0.4x
平衡體系中N2O4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=100%=66.7%，
Kp用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),
則Kp=(100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2
因此，本題正確答案是: 66.7% ;(100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2 。
9．【慶市綦江中學(xué)2018屆高三高考適應(yīng)性考試】氮的固定一直是科學(xué)家研究的重要課題，合成氨則是人工固氮比較成熟的技術(shù)，其原理為:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H
（1）已知破壞1mol共價(jià)鍵需要的能量如表所示
H-H
N-H
N-N
N≡N
435.5kJ
390.8kJ
163kJ
945.8kJ
則△H=__________。
（2）在恒溫、恒壓容器中，按體積比1:3加入N2和H2進(jìn)行合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，達(dá)到新平衡時(shí)，c(H2)將__________（填“增大”、“減小”、或“不變”，后同）；若在恒溫、恒容條件下c(N2)/c(NH3)將________。
（3）在不同溫度、壓強(qiáng)和使用相同催化劑條件下，初始時(shí)N2、H2分別為0.1mol、0.3mol 時(shí)，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)（φ）如圖所示。
①其中，p1、p2和p3由大到小的順序是_______，原因是___________________。
②若在250℃、p1條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的容器體積為1L，則該條件下合成氨的平衡常數(shù)K=____(結(jié)果保留兩位小數(shù))。
（4）H2NCOONH4是工業(yè)由氨氣合成尿素的中間產(chǎn)物。在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g),能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____（填序號(hào)）
①每生成34g NH3的同時(shí)消耗44g CO2 ②混合氣體的密度保持不變
③NH3的體積分?jǐn)?shù)保持不變 ④混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 ⑤c(NH3):c(CO2)=2:1
（5）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，N2和H2組成的原電池合成氨與工業(yè)合成氨相比具有效率高，條件易達(dá)到等優(yōu)點(diǎn)。其裝置如圖所示、寫(xiě)出該原電池的電極反應(yīng)：________________、_____________，若N2來(lái)自于空氣，當(dāng)電極B到A間通過(guò)2molH+時(shí)理論上需要標(biāo)況下空氣的體積為_(kāi)________（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。
【答案】 -92.5kJ/mol(1分) 不變 減小 p1>p2>p3 該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡正移，NH3 的體積分?jǐn)?shù)增大，由圖可知p1>p2>p3 5.93103 （mol/L）-2 或 5925.93（mol/L）-2 ①② N2+6e-+6H+=2NH3 3H2-6e-=6H+ 9.33L
【解析】⑴△H=E斷-E成=945.8+3435.5-6390.8=-92.5 kJ/mol ⑵在恒溫恒壓條件下通NH3相當(dāng)于平衡不移動(dòng)，所以不變；恒溫恒容條件下相當(dāng)于加壓，平衡正移，比值減??；⑶該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正移。NH3 的體積分?jǐn)?shù)增大，由圖可知p1>p2>p3。 由圖可知氨氣的體積分?jǐn)?shù)為0.667，根據(jù)三段式可計(jì)算出c(NH3)=0.16mol/L c(N2)=0.02mol/L c(H2)=0.06mol/L，則K=5925.93； ⑷①相當(dāng)于正逆速率相等，能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；②氣體密度會(huì)隨平衡的移動(dòng)而變化，不變時(shí)說(shuō)明達(dá)平衡，能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；③④⑤中的量永遠(yuǎn)為定值，不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；答案選①②； ⑸正極：N2+6e-+6H+=2NH3 負(fù)極：3H2-6e-=6H+ 整個(gè)計(jì)算用電子守恒，通過(guò)2molH+時(shí)則有1/3molN2參與反應(yīng)，相當(dāng)于（1/3）（5/4）22.4=9.33L空氣。
10．【遵義航天高級(jí)中學(xué)2018屆高三第十一次模擬】硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上采用氨的催化氧化法制備硝酸。
(1) 已知反應(yīng)N2(g)+3H2(g) ? 2NH3(g)為放熱反應(yīng)，在恒容容器中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是（_______）
A．容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1:2:3
B． v正(N2)=v逆(H2)
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
(2)理論上,為了增大平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是_____________(要求答出兩點(diǎn))
⑶合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開(kāi)辟了人工固氮的重要途徑,合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如下表，則400℃時(shí),測(cè)得某時(shí)刻氮?dú)?、氫氣、氨氣的物質(zhì)的量濃度分別為1 molL-1、2 molL-1、3 molL-1時(shí),此時(shí)刻該反應(yīng)正反應(yīng)速率_____ 逆反應(yīng)速率(填“大于”、“小于”或“等于”）
溫度/℃
200
300
400
K
1.0
0.86
0.5
(4)消除硝酸工廠尾氣的一種方法是用甲烷催化還原氮氧化物，已知：
① CH4 (g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △ H＝－890.3 kJmol-1
② N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) △ H＝－67.0 kJmol-1
則CH4(g)將NO2(g)還原為N2(g)等的熱化學(xué)方程式為
___________________________________________
(5)在25 ℃下，向濃度均為0.1 molL-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成____沉淀(填化學(xué)式)，當(dāng)兩種沉淀共存時(shí),溶液中C(Mg2+)/C(Cu2+)=_________(已知25 ℃時(shí)Ksp[Mg(OH)2]=1.810-11，Ksp[Cu(OH)2]=2.210-20)
【答案】 C 降溫、加壓、分離氨氣 小于 CH4(g)+2NO2(g) ? 2N2 (g) +CO2(g)+ 2H2O(g)
△H=-823.3kJ/mol Cu(OH)2 8.2108 或9109 / 11
【解析】分析：（1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí), v正=v逆 (同種物質(zhì)表示)或正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比(不同物質(zhì)表示),反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量、濃度、含量不再變化,以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化,由此進(jìn)行判斷；（2）根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)分析增大平衡轉(zhuǎn)化率的措施；（3）根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)相對(duì)大小判斷平衡移動(dòng)方向，從而推斷正逆反應(yīng)速率大小；（4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；（5）根據(jù)溶度積計(jì)算。
(3)QC==2.25>K=0.5，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此v正(N2)=v逆(N2)，因此，本題正確答案是:
小于；
（4）① CH4 (g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △ H＝－890.3 kJmol-1
② N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) △ H＝－67.0 kJmol-1
根據(jù)蓋斯定律：①-②得：CH4(g)+2NO2(g) ? 2N2 (g) +CO2(g)+ 2H2O(g) △H=-823.3kJ/mol，
因此，本題正確答案是: CH4(g)+2NO2(g) ? 2N2 (g)+CO2(g)+ 2H2O(g) △H=-823.3kJ/mol；
（5）由于Ksp[Cu(OH)2]
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2019年高考化學(xué)優(yōu)秀模擬題分類(lèi)匯編
專(zhuān)題17
化學(xué)反應(yīng)與能量、速率和平衡綜合題
2019
年高
化學(xué)
優(yōu)秀
模擬
分類(lèi)
匯編
專(zhuān)題
17
化學(xué)反應(yīng)
能量
速率
平衡
綜合
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2019年高考化學(xué)優(yōu)秀模擬題分類(lèi)匯編 專(zhuān)題17 化學(xué)反應(yīng)與能量、速率和平衡綜合題.doc
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