无机化学综合应用 (1)

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：___________________

________________________________________________________________________。

答案(1)Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)

ΔH＝－28.5 kJ·mol－1

(2)CO＋4OH－－2e－===CO2－3＋2H2O

(3)①＞②0.4＜c≤1

(4)Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ

(5)①300～400 ℃ ②3Cu 2Al 2O 4＋32H ＋

＋2NO －

3===6Cu 2＋

＋6Al 3＋

＋2NO ↑＋16H 2O

解析 (1)热化学方程式①：Fe 2O 3(s)＋3C(s)===2Fe(s)＋3CO(g) ΔH 1＝＋489.0 kJ·mol －

1。

热化学方程式②：

C(s)＋CO 2(g)===2CO(g) ΔH 2＝＋172.5 kJ·mol －

1

CO 还原Fe 2O 3(s)的热化学方程式可以由①－②×3得到Fe 2O 3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO 2(g)

ΔH ＝－28.5 kJ·mol －

1。

(2)负极为失去电子一极即CO 作负极反应物，由于在碱性环境中，CO 2与OH －

不共存，故

生成CO 2－

3，电极反应式为CO ＋4OH －

－2e －

===CO 2－

3＋2H 2O 。

(3)曲线Ⅰ平衡时产物物质的量大，则平衡常数K Ⅰ＞K Ⅱ。

要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，平衡后各物质的量应该与甲中平衡时的量相等。假设平衡时转化CO 2(g)的物质的量为x mol CO 2(g)＋3H 2(g)

CH 3OH(g)＋H 2O(g)

开始/mol 1 3 0 0 转化/mol x 3x x x 平衡/mol 1－x 3－3x x x 计算：4－2x 4

＝0.8，则x ＝0.4

由于平衡逆向进行，则c 应大于0.4，如果a 、b 等于零时，c 最大为1，则0.4＜c ≤1。 (4)由图2中0～15小时内CH 4的产量知，生成CH 4的速率Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ。

(5)②Cu 2Al 2O 4中Cu 为＋1价，Al 为＋3价，Cu ＋

与硝酸反应生成Cu 2＋

，硝酸会生成NO 。

反应离子方程式为

3Cu 2Al 2O 4＋32H ＋

＋2NO －

3===6Cu 2＋

＋6Al 3＋

＋2NO ↑＋16H 2O 。

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：CH 4(g)＋CO 2(g)2CO(g)＋2H 2(g)

ΔH ＝＋247.3 kJ·mol －

1

CH 4(g)

C(s)＋2H 2(g) ΔH ＝＋75 kJ·mol －

1

①反应2CO(g)===C(s)＋CO 2(g)在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。 ②合成甲醇的主要反应：2H 2(g)＋CO(g)

CH 3OH(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 、H 2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：