Question

【題目】（14分）發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)、利用CO2制備清潔能源等都是實(shí)現(xiàn)減碳排放的重要途徑。

（1）將煤轉(zhuǎn)化成水煤氣的反應(yīng)：C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反應(yīng)體系中加入催化劑（其他條件保持不變），此反應(yīng)的△H________（填“增大”、“減小”或“不變”），判斷的理由是________。

（2）CO2制備甲醇：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH＝-49.0kJ·mol-1，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測得CO2（g）和CH3OH（g）濃度隨時(shí)間變化如右圖所示。

①該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式是________。

②0~9min時(shí)間內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率ν（H2）=________。

③在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時(shí)，此反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)放出的熱量（Q）可能是________（填字母序號）kJ。

a.0<Q<29.5

B．29.5<Q<36.75

C．36.75<Q<49

D．49<Q<98

④在一定條件下，體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與L和X的關(guān)系如右圖所示，L和X分別表示溫度或壓強(qiáng)。

X表示的物理量是。判斷L1與L2的大小關(guān)系。

（3）科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如右圖的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以CO2和H2O合成CH4．

寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式，為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量（選填“鹽酸”或“硫酸”）．

（4）利用CO2和NH3為原料也合成尿素，在合成塔中的主要反應(yīng)可表示如下：

反應(yīng)①:2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）△H1=__________________

反應(yīng)②:NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ·mol-1

總反應(yīng):2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ·mol-1;

則反應(yīng)①的△H1=_______________。

（5）現(xiàn)將amol鐵和bmol銅的混合物與含有cmolHNO3的稀溶液充分反應(yīng)，設(shè)還原產(chǎn)物為NO。下列結(jié)論不正確的是（填序號）

A．若剩余金屬0.5amol，則氧化產(chǎn)物為一種或二種

B．若只有一種氧化產(chǎn)物，則3c=8a

C．若有二種氧化產(chǎn)物，被還原的硝酸物質(zhì)的量為0.25cmol

D．若有三種氧化產(chǎn)物，被還原的硝酸物質(zhì)的量為0.25cmol

Answer 1

【答案】（1）不變（2）①0.25mol·L-1·min-1②c③溫度L1>L2

（3）CO2+8H++8e-=CH4+2H2O硫酸；

（4）－159.47kJ/mol（5）BC

【解析】

試題分析：（1）將煤轉(zhuǎn)化成水煤氣的反應(yīng)：C（s）+H2OCO（g）+H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反應(yīng)體系中加入催化劑（其他條件保持不變），催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，不改變反應(yīng)焓變，此反應(yīng)的△H不變；

（2）①依據(jù)圖像讀取甲醇生成濃度，結(jié)合反應(yīng)速率概念計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率＝0.75mol/L÷9min，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，V（H2）＝3V（CH3OH（g）＝3×0.75mol/L/9min＝0.25mol/（Lmin）；

②CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＝-49.0kJmol-1，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)消耗二氧化碳物質(zhì)的量濃度＝1mol/L-0.25mol/L＝0.75mol/L，物質(zhì)的量為0.75mol，反應(yīng)放出熱量＝49kJ/mol×0.75mol＝36.75kJ，反應(yīng)焓變是指1mol二氧化碳和3mol氫氣完全反應(yīng)放出的熱量為49kJ，反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，反應(yīng)放熱一定小于49kJ，在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)放出熱量會增多，大于36.75kJ，則36.75＜Q＜49，答案選c；③CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＝-49.0kJmol-1，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，i．溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，所以X為溫度，L為壓強(qiáng)；ii．溫度一定壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，所以L1＞L2；

（3）根據(jù)電子的流向可知銅電極是正極，CO2得到電子轉(zhuǎn)化為甲烷，則正極反應(yīng)式為CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；由于鹽酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會混有HCl氣體，所以選用硫酸，不用鹽酸；

（4）已知：反應(yīng)②:NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ·mol-1

③:2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ·mol-1

則根據(jù)蓋斯定律可知③－②即得到反應(yīng)①:2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）的△H1=－159.47kJ/mol；

（5）A、若剩余金屬0.5amol，該金屬可能為鐵或銅，若為鐵，則溶質(zhì)為硝酸亞鐵，若為銅，則氧化產(chǎn)物可能為硝酸亞鐵和硝酸銅，A正確；B、若只有一種氧化產(chǎn)物，說明鐵過量，銅沒有參與反應(yīng)，反應(yīng)后溶質(zhì)為硝酸亞鐵，但是amol鐵不一定完全反應(yīng)，無法確定a與c的關(guān)系，B錯(cuò)誤；C、若只有二種氧化產(chǎn)物，氧化產(chǎn)物可能為硝酸亞鐵和硝酸銅或硝酸銅和硝酸鐵，硝酸可能過量，稀硝酸不一定完全反應(yīng)，則無法計(jì)算被還原的硝酸的量，C錯(cuò)誤；D、若有三種氧化產(chǎn)物，氧化產(chǎn)物為硝酸銅、硝酸鐵和硝酸亞鐵，說明硝酸完全反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O、3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O、Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，被還原的硝酸的物質(zhì)的量為cmol×1/4＝0.25cmol，D正確；答案選BC。