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－1

CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75 kJ·mol－1

①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－1

②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－484 kJ·mol－1

③CH4(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_______________________________。