从巩固到提高 高考化学二轮微专题27 化学反应与能量

（1） 已知下列反应的正反应活化能(E₁)逆反应活化能(E₂)如表所示：

序号	化学反应	E1/(kJ·mol-1)	E2/(kJ·mol-1)
①	H2(g)+ O2(g)=H2O(1)	685	970
②	2CH3OH(1) + 3O2(g)=2CO2 (g) +4H2O (1)	3526	4978

CO₂与H₂合成液态甲醇的热化学方程式为。

（2） 一定温度下，在2L密闭容器中充入3 mol CO₂和 6 mol H₂ ， 发生反应：CO₂(g)+ 3H₂(g) CH₃OH(g) + H₂O(g)，测定H₂的转化率[α(H₂) ]随时间的变化如图所示：

①0~ 20 min内，用CH₃OH的浓度变化表示的平均 反应速率：v(CH₃OH)= mol·L^-1·min^-1。

②该温度下，反应的平衡常数K= (结果保 留两位小数)。

③若在上述平衡状态下，再向容器中充入1mol CO₂和1molH₂O(g)，则反应速率 v_(正)v_(逆) (填“＞”“＜ “或“= “)。

（3） 科学家提出利用CO₂与CH₄制备合成气： CO₂(g) +CH₄(g) 2CO(g)+ 2H₂(g)。在体积均为2L的密闭容器甲和乙中，分别充入1 molCO₂和1 mol CH₄、2 mol CO₂和2 mol CH₄ ， 在相同温度下达到平衡状态时，CO₂的转化率：α(甲)α(乙)(填“＞”“＜“或“=” ，下同)，达到平衡所需的时间： t(甲) t(乙)。

（4） 如图是利用太阳能电池电解C₂H₆分别转化成其它含碳化合物的原理示意图，碳电极上生成CO的电极反应式。若起始投入0.3mol C₂H₆全部反应完全，生成三种产物中C₂H₄的物质的量为0.1mol，则电路中转移的电子数目为。

（1） 已知：       

       

则合成氨反应的热化学方程式为。

（2） 在某容积为2L的恒容容器中发生合成氨反应，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示：

前20min内 ， 放出的热量为，25min时采取的措施是。

（3） 对可逆反应 ， 若起始投料、 ， 达到平衡后，增大压强，的体积分数(填“增大”“减小”或“不变”)

（4） T℃，以和为原料可合成化肥尿素：；在2L的密闭容器中，通入1.2mol和0.6mol ， 2min时反应刚好达到平衡。此时， ， 。

①该反应的平衡常数是。

②若2min时保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入0.6mol ， 则此时平衡(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)

（1） 反应Ⅲ一般认为通过反应Ⅰ、Ⅱ来实现，则反应Ⅰ的△H₁=kJ·mol^-1；已知：由实验测得反应Ⅰ的v_正=k_正c(CO₂)·c(H₂)，v_逆=k_逆·c(H₂O)·c(CO)(k_正、k_逆为速率常数，与温度、催化剂有关)。若平衡后升高温度，则=(填“增大”、“不变”或“减小”)。

（2） 在2L恒容密闭容器中充入总物质的量为8mol的CO₂和H₂发生反应Ⅲ，改变氢碳比 ， 在不同温度下反应达到平衡状态，测得的实验数据如表：

温度/K CO2转化率	500	600	700	800
1	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	40	22

①下列说法中正确的是(填英文字母)。

A．增大氢碳比，平衡正向移动，平衡常数增大

B．v(CH₃OH)=v(CO₂)时，反应达到平衡

C．当混合气体平均摩尔质量不变时，达到平衡

D．当混合气体密度不变时，达到平衡

②在700K、氢碳比为3.0的条件下，某时刻测得容器内CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为2mol、2mol、1mol和1mol，则此时正反应速率和逆反应速率的关系是(填英文字母)。

A．v(正)>v(逆)             B．v(正)<v(逆)       C．(正)=r(逆)          D．无法判断

（3） CO₂在一定条件下催化加氢生成CH₃OH，主要发生三个竞争反应(即反应Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)，为分析催化剂对反应的选择性，在1L恒容密闭容器中充入2.0molCO₂和5.3molH₂ ， 测得反应进行相同时间后，有关物质的物质的量随温度变化如图所示：

①该催化剂在较低温度时主要选择反应(“Ⅲ”或“Ⅳ”或“Ⅴ”)。研究发现，若温度过高，三种含碳产物的物质的量会迅速降低，其主要原因可能是：。

②在一定温度下达到平衡，此时测得容器中部分物质的含量为：n(CH₄)=0.1mol，n(C₂H₄)=0.4mol，n(CH₃OH)=0.5mol。则该温度下反应Ⅲ的平衡常数K(Ⅲ)=L²/mol²(保留两位小数)。

（4） 常温下，用NaOH溶液作CO₂捕捉剂不仅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工产品Na₂CO₃。欲用1LNa₂CO₃溶液将2.33gBaSO₄固体全都转化为BaCO₃ ， 则所用的Na₂CO₃溶液的物质的量浓度至少为mol/L(已知：常温下K_sp(BaSO₄)=1×10^-11 ， K_sp(BaCO₃)=1×10^-10。忽略溶液体积的变化，保留两位有效数字)。

（5） 研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示。温度小于900℃时进行电解反应，碳酸钙先分解为CaO和CO₂ ， 电解质为熔融碳酸钠，阳极的电极反应式为2CO-4e^-=2CO₂↑+O₂↑，则阴极的电极反应式为。

（1） 随着人类社会的发展，氮氧化物的排放导致一系列问题。NO₂形成硝酸型酸雨的化学方程式为。

一定条件下，用甲烷可以消除氮的氧化物(NO_x)的污染。

已知：① 

② 

则 =。

（2） 肼(N₂H₄)可以用作燃料电池的原料。肼的电子式为；一种以液态肼为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。a电极是电极的极(填“正”或“负”)，a电极的电极反应式为。

（3） 可逆反应： 。

①一定温度下，向体积为0.5L的密闭容器中通入2molNO和1.5molO₂反应，平衡时NO的转化率为50%，求该温度下反应的平衡常数K=L/mol。

②在某体积恒定的密闭容器中，通入2mol NO和1molO₂ ， 反应经历相同时间，测得不同温度下NO的转化率如图，则150℃时，v(正)v(逆)(填“”、“”或“”)。

③判断在恒温恒容条件下该反应已达到平衡状态的是(填字母)。

A． B．反应容器中压强不随时间变化而变化

C．混合气体颜色深浅保持不变       D．混合气体质量保持不变

（1） 相关的化学键键能数据如表所示。

化学键	H—H	C=O	H—O	C—H	C—O
E(kJ/mol)	436	745	465	413	351

写出二氧化碳催化加氢制甲醇的热化学方程式。

（2） 采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒，成功的实现了高选择性电催化还原CO₂制备甲醇，该反应历程如图所示。

①该过程容易产生副产物。

②上述合成甲醇的反应速率较慢，要使反应速率加快，需要降低某步骤的能量变化，写出该基元反应的化学方程式：。

（3） Ⅱ.工业中，CO₂和H₂在催化剂作用下可发生两个平行反应，分别生成CH₃OH和CO。

反应a：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H₁；

反应b：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g) △H₂>0。

在传统的催化固定反应床(CFBR)中，CO₂转化率和甲醇选择性通常都比较低，科学团队发展了一种具有反应分离双功能的分子筛膜催化反应器(MR)用于CO₂催化加氢制备甲醇，极大地改善了该问题，原理如图所示。

保持压强为5MPa，向密闭容器中投入一定量CO₂和H₂ ， 不同反应模式下CO₂的平衡转化率和甲醇选择性的相关实验数据如表所示。

实验组	反应模式		压强/MPa	温度/℃	CO2转化率	CH3OH选择性
①	CFBR	3	5	250	25.6	61.3
②	CFBR	3	5	230	20.0	70.0
③	CMR	3	3	260	36.1	100

已知CH₃OH选择性：转化的CO₂中生成CH₃OH的百分比。

CFBR模式时，投料比=3一定温度下发生反应，下列说法能作为反应a达到平衡状态的判据是____(填选项字母)。

（4） 由表中数据可知CMR模式下，CO₂的转化率显著提高，结合具体反应分析可能的原因：。

（5） 压力平衡常数K_p是指用平衡分压代替平衡浓度进行计算的平衡常数，平衡分压=p_总×物质的量分数。根据表中数据计算温度为230℃时，反应a的K_p值为(无需计算，写表达式)。

（1） 请你根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应生成CO和的热化学方程式：。

（2） 比较反应热数据可知，和完全燃烧放出的热量之和，比完全燃烧放出的热量(填“多”或“少”)。

甲同学据此认为：“煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量”。

乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图

（3） 请你写出、、、之间存在的关系式。

（4） 乙同学据此认为：“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。”请分析：甲、乙两同学的观点正确的是(填“甲”或“乙”)同学，另一同学出现不正确观点的原因是。

（1） I．该反应以两种温室气体为原料，可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积炭，是研究的热点之一、某条件下，发生主反应的同时，还发生了积炭反应：

CO歧化：2CO(g)=CO₂(g)+C(s) △H=-172kJ/mol

CH₄裂解：CH₄(g)=C(s)+2H₂(g) △H=+75kJ/mol

对积炭反应进行计算，得到以下温度和压强对积炭反应中平衡炭量的影响图，其中表示温度和压强对CH₄裂解反应中平衡炭量影响的是(选填序号)，理由是。

（2） 实验表明，在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生，由此可推断，对于该重整反应而言，其积炭主要由反应产生。

综合以上分析，为抑制积炭产生，应选用高温、低压条件。

（3） II．该重整反应也可用于太阳能、核能、高温废热等的储存，储能研究是另一研究热点。

该反应可以储能的原因是。

某条件下，除发生主反应外，主要副反应为CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(g) △H=+41kJ/mol。研究者研究反应物气体流量、CH₄/CO₂物质的量比对CH₄转化率(X_CH4)、储能效率的影响，部分数据如下所示。

（4） 【资料】储能效率：热能转化为化学能的效率，用η_chem表示。η_chem=Q_chem/Q。其中，Q_chem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率。

序号	加热温度/℃	反应物气体流量/L·min-1	CH4/CO2	XCH4/%	ηchem/%
①	800	4	2：2	79.6	52.2
②	800	6	3：3	64.2	61.9
③	800	6	2：4	81.1	41.6

气体流量越大，CH₄转化率越低，原因是：随着流量的提高，反应物预热吸热量增多，体系温度明显降低，。

（5） 对比实验(填序号)，可得出结论：CH₄/CO₂越低，CH₄转化率越高。

（6） 对比②、③发现，混合气中CO₂占比越低，储能效率越高，原因可能是(该条件下设备的加热功率视为不变)。

（1） 已知：

①2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(g) ΔH₁= -484 kJ· mol^-1

②COS(g)+ H₂O(g)⇌H₂S(g)+CO₂(g) ΔH₂= -36kJ·mol^-1

③CO的燃烧热为283 kJ·mol^-1

反应CO(g)+ H₂S(g)⇌COS(g)+ H₂(g)的   ΔH= kJ·mol^-1。

（2） 以FeOOH作催化剂，由H₂S和CO合成COS的反应分两步进行。下列示意图能正确体现上述反应能量变化的是(填“甲”或“乙”)。

＋

关于该反应的下列叙述正确的是(填标号)。

A．步骤①是慢反应，活化能较大

B．总反应的速率由步骤②决定

C．反应进程中S₂属于中间产物

D．更换催化剂可改变E和ΔH

（3） 240℃时，反应CO(g)+H₂S(g)⇌COS(g)+H₂(g)的平衡常数K=1。在密闭容器中充入等物质的量的CO和H₂S发生上述反应，达平衡时测得CO的物质的量为4 mol，则H₂S的转化率为 ，COS 的体积分数为。 在240℃下， 要同时提高CO和H₂S的转化率，可采取的措施是。

（4） 在两个密闭容器中都加入CO、H₂S、COS、H₂四种气体，起始时气体体积分数φ(CO)= φ(H₂S)，φ(COS)=p(H₂)，分别在300℃和320℃时反应，容器中H₂S(g)和COS(g)的体积分数(φ)随时间(t) 的变化关系如图所示。

＋

300℃和320℃时，φ(H₂S)随时间变化关系的曲线分别是、，判断的理由是。