第28题 化学基本理论综合题

第28题化学基本理论综合题题组一化学反应中的能量变化与化学平衡的综合[解题指导]解答化学基本理论综合题的一般步骤步骤1：浏览全题，明确题已知和所求，挖掘解题切入点。

步骤2：(1)对于化学反应速率和化学平衡图像类试题：明确纵横坐标的含义→理解起点、终点、拐点的意义→分析曲线的变化趋势。

(2)对于图表数据类试题：分析数据→研究数据间的内在联系→找出数据的变化规律→挖掘数据的隐含意义。

(3)对于利用盖斯定律写热化学方程式或求ΔH类试题要做到：①明确待求热化学方程式中的反应物和生成物；②处理已知热化学方程式中的化学计量数和焓变；③叠加处理热化学方程式确定答案。

(4)对于电化学类试题：判断是原电池还是电解池→分析电极类别，书写电极反应式→按电极反应式进行相关计算。

(5)对于电解质溶液类试题：明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型，然后进行解答。

步骤3：针对题目中所设计的问题，联系相关理论逐个进行作答。

[挑战满分](限时30分钟)1．研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

(1)CO可用于炼铁，已知：Fe2O3(s)＋3C(s)===2Fe(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋489.0 kJ·mol－1，C(s)＋CO2(g)===2CO(g)ΔH2＝＋172.5 kJ·mol－1则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为___________________________________________。

(2)分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)。

写出该电池的负极反应式：____________________________________________________。

(3)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CH3OH的物质的量随时间的变化见图1。

①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ________(填“＞”、“＝”或“＜”)KⅡ。

②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为_______________________。

(4)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。

紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化见图2。

在0～15小时内，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为________(填序号)。

(5)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。

在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图3。

①乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是_______________________。

②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，写出有关的离子方程式：___________________________________________________________________________________________。

2．可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清洁燃料，也是重要的化工原料。

(1)甲烷和二氧化碳重整制合成气对温室气体的治理具有重大意义。

已知：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75 kJ·mol－1①反应2CO(g)===C(s)＋CO2(g)在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。

②合成甲醇的主要反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)ΔH＝－90.8 kJ·mol－1，T℃时此反应的平衡常数为160。

此温度下，在密闭容器中开始只充入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：正)v逆。

生产过程中，合成气要进行循环，其目的是_________________________________________________。

③在一固定容积的密闭容器中发生反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，若要提高CO的转化率，则可以采取的措施是________(填字母)。

a．升温b．加入催化剂c．增加CO的浓度d．加入H2加压e．加入惰性气体加压f．分离出甲醇(2)以甲烷为燃料的新型电池的成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。

①B极为电池的________极，该电极的反应式为_____________________________________。

②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 mol·L－1的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗甲烷的体积为____________________________(标况下)。

3．研究CO2与CH4的反应使之转化为CO与H2，对缓解燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。

(1)已知：①2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－484 kJ·mol－1③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802 kJ·mol－1则CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝________ kJ·mol－1(2)在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

①据图可知，p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为_______________________________。

②在压强为p 4、1 100 ℃的条件下，该反应5 min 时达到平衡点X ，该温度下，反应的平衡常数为________(保留小数点后两位)。

(3)CO 和H 2在工业上还可以通过反应C(s)＋H 2O(g)CO(g)＋H 2(g)来制取。

①在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定平衡已达到的是________(填选项字母)。

A ．体系压强不再变化B ．H 2与CO 的物质的量之比为1∶1C ．混合气体的密度保持不变D ．气体平均相对分子质量为15，且保持不变 ②在某密闭容器中同时投入四种物质，2 min 时达到平衡，测得容器中有1 mol H 2O(g)、1 mol CO(g)、2.2 mol H 2(g)和一定量的C(s)，如果此时对体系加压，平衡向________(填“正”或“逆”)反应方向移动，第5 min 时达到新的平衡，请在图中画出2～5 min 内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。

4．纳米级Cu 2O 由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu 2O 的三种方法：(1)2若控温不当易生成________而使Cu 2O 产率降低。

(2)已知： 2Cu(s)＋12O 2(g)===Cu 2O(s) ΔH ＝－a kJ·mol －1 C(s)＋12O 2(g)===CO(g) ΔH ＝－b kJ·mol －1 Cu(s)＋12O 2(g)===CuO(s) ΔH ＝－c kJ·mol －1 则方法Ⅰ发生反应的热化学方程式为2CuO(s)＋C(s)===Cu 2O(s)＋CO(g) ΔH ＝________kJ·mol －1。

(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH －的浓度而制备纳米Cu 2O ，装置如图所示，该电池的阳极生成Cu 2O 的反应式为______________________________________。

(4)方法Ⅲ为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O，同时放出N2。

该制法的化学方程式为_________________________________________。

(5)在相同的密闭容器中，用以上两种方法制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验：2H2(g)＋O2(g)ΔH>02H2O(g)光照Cu2O水蒸气的浓度(mol·L－1)随时间t(min)变化如下表所示。

A．实验的温度：T2<T1B．实验①前20 min的平均反应速率v(O2)＝7×10－5 mol·L－1·min－1C．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高组二化学平衡与电解质溶液的综合题[挑战满分](限时30分钟)1．一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：2CO(g)＋SO2(g)催化剂2CO2(g)＋S(l)ΔH(1)已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)ΔH1＝－566 kJ·mol－1S(l)＋O2(g)===SO2(g)ΔH2＝－296 kJ·mol－1 则反应热ΔH＝________ kJ·mol－1。

(2)其他条件相同、催化剂不同时，SO2的转化率随反应温度的变化如图a所示。

260 ℃时________(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化剂反应速率最快。

Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑价格因素，选择Fe2O3的主要优点是______。

(3)科研小组在380 ℃、Fe2O3作催化剂时，研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO2)]对SO2转化率的影响，结果如图b所示。

请在图b中画出n(CO)∶n(SO2)＝2∶1时，SO2的转化率的预期变化曲线。

(4)工业上还可用Na2SO3溶液吸收烟气中的SO2：Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3。

某温度下用1.0 mol·L－1 Na2SO3溶液吸收纯净的SO2，当溶液中c(SO2－3)降至0.2 mol·L－1时，吸收能力显著下降，应更换吸收剂。

①此时溶液中c(HSO－3)约为________ mol·L－1。

②此时溶液的pH＝________。

(已知该温度下SO2－3＋H＋HSO－3的平衡常数K＝8.0×106，计算时SO2、H2SO3的浓度忽略不计)2．氮及氮的化合物在生产生活中有着重要的用途，如NH3、HNO3等都是重要的化工产品。

(1)合成氨的原料气N2和H2通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的。

其主要反应是①2C ＋O2===2CO②C＋H2O(g)===CO＋H2③CO＋H2O(g)===CO2＋H2。