高考化学三轮冲刺专题06 化工、环境与原理大综合专题（含解析）

专题05化工、环境与原理大综合专题1．(14分)氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，研究氮氧化物间的相互转化及脱除具有重要意义。I．氮氧化物间的相互转化（1）已知2NO(g)+O2(g)SKIPIF1<02NO2(g)的反应历程分两步：第一步2NO(g)SKIPIF1<0N2O2(g)(快速平衡)第二步N2O2(g)+O2(g)SKIPIF1<02NO2(g)(慢反应)①用O2表示的速率方程为v(O2)=k1·c2(NO)·c(O2)；NO2表示的速率方程为v(NO2)=k2·c2(NO)·c(O2)，k1与k2分别表示速率常数(与温度有关)，则SKIPIF1<0=________。②下列关于反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的说法正确的是_________(填序号)。A．增大压强，反应速率常数一定增大B．第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能C．反应的总活化能等于第一步和第二步反应的活化能之和（2）容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器．相同温度下，分别充入0.2mol的NO2，发生反应：2NO2(g)SKIPIF1<0N2O4(g)∆H<0，甲中NO2的相关量随时间变化如图所示。①0~3s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是______________________。②甲达平衡时，温度若为T℃，此温度下的平衡常数K=____________________。③平衡时，K甲_____K乙，P甲_____P乙(填“>”、“<”或“=”)。（3）以NH3为还原剂在脱硝装置中消除烟气中的氮氧化物。主反应：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)ΔH1副反应：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) ΔH2=－1267.1kJ/mol4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)ΔH3=－907.3kJ/mol①△H1=____________。②将烟气按一定的流速通过脱硝装置，测得出口NO的浓度与温度的关系如图1，试分析脱硝的适宜温度是______(填序号)。a.<850℃b.900~1000℃c.>1050℃（4）以连二亚硫酸盐(S2O42－)为还原剂脱除烟气中的NO，并通过电解再生，装置如图2。阴极的电极反应式为____________，电解槽中的隔膜为_________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。【答案】（1）①0.5(2分)②B(1分)（2）①反应放热，体系的温度升高，反应速率加快(1分)②225(2分)③<(1分)>(1分)（3）①-1626.9kJ/mol(2分)②b(1分)（4）①2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O(2分)②阳(1分)【解析】（1）①用O2表示的速率方程为v(O2)=k1·c2(NO)·c(O2)、NO2表示的速率方程为v(NO2)=k2·c2(NO)·c(O2)，2v(O2)=v(NO2)，所以SKIPIF1<0=SKIPIF1<0；②A项，反应速率常数只与温度有关，与压强大小无关，A错误；B项，反应越容易，反应物活化能越小，反应速率越快，第一步反应较快，说明反应物活化能较小，B正确；C项，反应的总活化能小于第一步和第二步反应的活化能之和，C错误；故合理选项是B；（2）①该反应的正反应是放热反应，加入反应物，随着反应的进行，反应体系温度升高，化学反应速率加快；②反应开始时c(NO2)=0.2mol/L，c(N2O4)=0mol/L，到平衡时c(NO2)平=0.02mol/L，则根据方程式2NO2(g)SKIPIF1<0N2O4(g)中物质变化关系可知c(N2O4)平=0.09mol/L则该温度下该反应的化学平衡常数K=SKIPIF1<0=225；③甲容器保持恒容，乙容器保持恒温，由于该反应的正反应是放热反应，随着反应的进行，容器内气体的温度升高，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，所以平衡时，K甲<K乙，温度升高，气体分子运动加快，体系的压强增大，所以平衡时容器内气体的压强P甲>P乙；升高温度平衡常数减小，则平衡常数的对数减小，图中横坐标数值越大，温度越低，化学平衡常数越大，其对数越大，所以a符合，故选a；（3）①i.4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)ΔH1ii.4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) ΔH2=－1267.1kJ/moliii.4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)ΔH3=－907.3kJ/mol将方程式2×ii-iii，整理可得4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)△H1=2△H2-△H3=-1626.9kJ/mol；②氮氧化物残留浓度越低越好；温度超过1000℃，氨气和氧气反应生成NO；②氮氧化物残留浓度越低越好，根据图知，在900～1000℃时氮氧化物浓度最低；温度超过1000℃，氨气和氧气反应生成NO，导致NO浓度增大，故合理选项是b；（4）阴极上亚硫酸根离子得电子生成S2O42-，电极反应式为2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O，阳极上，水失电子生成氧气和氢离子，右侧多余的氢离子通过离子交换膜进入左侧，所以交换膜为阳离子交换膜。2．(15分)工业上，常采用氧化还原方法处理尾气中的CO、NO。方法1：氧化法。沥青混凝土可作为反应：2CO(g)＋O2(g)SKIPIF1<02CO2(g)的催化剂。图甲表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。（1）在a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的是____。（2）已知c点时容器中O2浓度为0.04mol·L-1，则50℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K＝________________(用含x的代数式表示)。（3）下列关于图甲的说法正确的是________________。A．CO转化反应的平衡常数K(a)＜K(c)B．在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率比α型要大C．b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的几率在整个实验过程中最高D．e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性方法2：还原法。某含钴催化剂可以催化消除柴油车尾气中的碳烟(C)和NOx。不同温度下，将模拟尾气(成分如表所示)以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据结果如图乙所示。模拟尾气气体(10mol)碳烟NOO2He物质的量(mol)0.0250.59.475n（4）375℃时，测得排出的气体中含0.45molO2和0.052molCO2，则Y的化学式为____。（5）实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是________________。（6）工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如图：①在阳极区发生的反应包括____和H++HCO3-==CO2↑+H2O②简述CO32-在阴极区再生的原理：____。【答案】（1）a(2分)（2）SKIPIF1<0(2分)（3）BD(3分)（4）N2(2分)（5）由于存在反应2NO2SKIPIF1<0N2O4会导致一定的分析误差(2分)（6）①4OH--4e-═2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑)(2分)②阴极水电解生成氢气和氢氧根离子，OH-与HCO3-反应生成CO32-(2分)【解析】（1）CO和O2反应是放热反应，当达到平衡后升高温度，CO的转化率降低，所以，b、c、d点表示平衡状态，a点对应的状态是不平衡状态。（2）令CO起始浓度为amol·L-1。2CO(g)＋O2(g)SKIPIF1<02CO2(g)起始浓度(mol·L-1)：a0转化浓度(mol·L-1)：axax平衡浓度(mol·L-1)：a(1-x)0.04axSKIPIF1<0。（3）CO和O2反应是放热反应，a点未达到平衡，没有平衡常数。若达到平衡后，温度升高，平衡向左移动，平衡常数K减小，A项错误；观察图象知，β催化剂作用下CO的转化速率大于α催化剂，B项正确；有效碰撞几率与反应速率有关，温度越高，反应速率越大，有效碰撞几率越高，故在图象中e点有效碰撞几率最高，C项错误；催化剂需要一定活性温度，转化率出现突变，可能是因温度高而催化剂失去活性，D项正确。故选BD。（4）观察图象，NO生成X、Y的转化率之和为24％，即NO参加反应的物质的量n(NO)＝0.025mol×(16％＋8％)＝0.006mol，根据原子守恒，X和Y的物质的量之和等于0.003mol。先根据O原子守恒求N2O的物质的量，再根据N守恒求N2的物质的量。由投入各物质和排出各物质的物质的量知，NO＋C＋O2→CO2＋N2＋N2O物质的量：0.0060.050.0520.0010.002根据图象，X的体积是Y的2倍，故Y为N2。（5）NO2、N2O4共存，二者存在转化平衡，用NO2模拟实验会产生较大误差。（6）①装置图分析与电源正极相连的为电解池的阳极，与电源负极相连的为电解池的阴极，阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：4OH--4e-═2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑)，生成的氢离子与HCO3-反应生成二氧化碳气体；②在阴极区，溶液中H+放电，破坏水的电离平衡，OH-浓度增大，OH-与HCO3-反应生成CO32-，所以CO32-再生。3.(15分)碳、氮是中学化学重要的非金属元素，在生产、生活中有广泛的应用。（1）治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管道上安装一个催化转化装置，使NO与CO反应，产物都是空气中的主要成分。写出该反应的热化学方程式______________________________________。已知：①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)△H＝＋179.5kJ/mol②2NO(g)＋O2(g)＝2NO2(g)△H＝－112.3kJ/mol③NO2(g)＋CO(g)＝NO(g)＋CO2(g)△H＝－234kJ/mol（2）己知植物光合作用发生的反应如下：6CO2(g)＋6H2O(l)SKIPIF1<0C6H12O6(s)＋6O2(g)△H＝＋669.62kJ/mol该反应达到化学平衡后，若改变下列条件，CO2转化率增大的是__________。a.增大CO2的浓度b.取走一半C6H12O6c.加入催化剂d.适当升高温度（3）N2O5的分解反应2N2O5(g)SKIPIF1<04NO2(g)＋O2(g)，由实验测得在67℃时N2O5的浓度随时间的变化如下：时间/min012345C(N2O5)/(mol·L-1)1.000.710.500.350.250.17计算在0～2min时段，化学反应速率v(NO2)＝___mol•L－1•min－1。（4）新的研究表明，可以将CO2转化为炭黑进行回收利用，反应原理如图所示。①在转化过程中起催化作用的物质是_________________；②写出总反应的化学方程式______________________________________。（5）工业上以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2)，反应的化学方程式如下：2NH3(g)＋CO2(g)SKIPIF1<0CO(NH2)2(l)＋H2O(l)根据上述反应，填写下列空白①己知该反应可以自发进行，则△H___0。(填“>”、“<”或“＝”)；②一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比SKIPIF1<0＝x，如图是x与CO2的平衡转化率(α)的关系。α随着x增大而增大的原因是___________________；B点处，NH3的平衡转化率为_______________________________。③一定温度下，在3L定容密闭容器中充入NH3和CO2，若x＝2，当反应后气体压强变为起始时气体压强的SKIPIF1<0时达到平衡，测得此时生成尿素90g。该反应的平衡常数K＝___。【答案】（1）2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH=-795.8kJ/mol(2分)（2）d(2分)（3）0.5(2分)（4）①FeO(1分)②CO2C+O2(1分)（5）①<(1分)②x越大，NH3的物质的量越大，CO2平衡正向移动，转化率增大(2分)32%(2分)③0.25(mol/L)-3(2分)【解析】（1）产物都是空气中的主要成分，所以会生成N2和CO2，根据盖斯定律，SKIPIF1<0其热化学方应方程式为：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H=-795.8kJ/mol；（2）a项，增大CO2的浓度，CO2的转化率不一定增大，a错误；b项，C6H12O6是固体，对平衡无影响，b错误；c项，催化剂只改变反应速率，不改变平衡移动，对转化率无影响，c错误；d项，该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO2转化率增大，d正确；（3）据速率之比等于化学反应系数之比，SKIPIF1<0；（4）根据图可知，FeO是催化剂，总反应方程式为：CO2C+O2（5）①该反应为反应前后气体分子数减小的反应，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔS＜0，能自发进行ΔG＜0，所以ΔH＜0；②x越大，NH3的物质的量越大，平衡正向移动，CO2转化率增大；B点处x=4，原料气中NH3和CO2的物质的量比为4，CO2转化率为64%，假设NH3为4mol，CO2为1mol，则反应的CO2的物质的量为0.64mol，根据热反应方程式可知，反应的NH3的物质的量为1.28mol，其转化率为SKIPIF1<0；③x=2，原料气中NH3和CO2的物质的量比为2，假设NH3为2xmol，CO2为xmol，设转化的CO2为nmol，其三段式为：2NH3(g)＋CO2(g)SKIPIF1<0CO(NH2)2(l)＋H2O(l)始/mol2xx00转/mol2nnnn平/mol(2x-2n)(x-n)nn相同条件下，压强之比等于物质的量之比，平衡时，反应后气体压强变为起始时气体压强的SKIPIF1<0，其SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，此时生成尿素90g，尿素的物质的量为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，体积为3L，其平衡常数为：SKIPIF1<0。4．(15分)CO2既是温室气体，也是重要的化工原料，二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。（1）用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+2NO(g)

SKIPIF1<0N

2(g)+CO2(g)

△H，在T

1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

时间/min浓度/(mol/L)010203040NO2.01.160.400.400.6N200.420.800.801.2CO200.420.800.801.2

①根据图表数据分析T1℃时，该反应在0～10min内的平均反应速率v(N2)＝____________mol·L

-1·min

-1；计算该反应的平衡常数K＝_____________。②

若30min后只改变某一条件，据上表中的数据判断改变的条件可能是____________(填字母编号)。

A．加入合适的催化剂

B．适当缩小容器的体积

C．通入一定量的NO

D．加入一定量的活性炭

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2：3：3，则达到新平衡时NO的转化率____________(填“升高”或“降低”)，△H_____0(填“>”或“<”)。

（2）工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g)

SKIPIF1<0CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH

1＝－49.1kJ·mol

－

1

2CH3OH(g)

SKIPIF1<0CH3OCH3(g)＋H2O(g)

ΔH

2＝－24.5kJ·mol

－

1

写出CO2(g)和H2(g)转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式_____________________________________。

（3）二甲醚燃料电池具有能量转化率高、电量大的特点而被广泛应用，一种二甲醚氧气电池(电解质为KOH溶液)的负极反应式为：_______________________。

（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。

①若某次捕捉后得到pH=10的溶液，则溶液中c(CO32－)∶c(HCO3－)=_______________。[常温下K

1(H2CO3)=4.4×10

-7、K

2(H2CO3)=5×10

-11]。

②欲用2LNa2CO3溶液将4.66gBaSO4

(233g/moL)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__________________________。[已知：常温下Ksp(BaSO4)=1×10－11，Ksp(BaCO3)=1×10

－10]。(忽略溶液体积的变化)【答案】（1）①0.042(1分)4.0(2分)②BC(2分)③降低(1分)<(1分)（2）2CO2(g)＋6H2(g)SKIPIF1<0CH3OCH3(g)＋3H2O(g)△H＝－122.7kJ·mol-1(2分)（3）CH3OCH3－12e-+16OH-=2CO32-+11H2O(2分)（4）①1：2或0.5(2分)②0.11mol/L(2分)【解析】（1）①在0~10min内的平均反应速率υ(N2)=(0.42mol/L-0mol/L)÷10min=0.042mol/(L·min)。20min~30min各物质的物质的量浓度不变，说明反应已经达到平衡，即平衡时NO、N2、CO2物质的量浓度依次为0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L，该反应的平衡常数K=[c(N2)·c(CO2)]/c2(NO)=0.80×0.800.402=4。②30min后改变一个条件，40min时NO、N2、CO2的浓度都变为30min时的1.5倍。A项，加入合适的催化剂，平衡不移动，各物质物质的量浓度不变，不可能；B项，适当缩小容器的体积，平衡不移动，但各物质物质的量浓度成比例增大，可能；C项，通入一定量的NO，由于C是固体，相当于增大压强，平衡不移动，但各物质物质的量浓度成比例增大，可能；D项，加入一定量的活性炭，由于C是固体，平衡不移动，各物质物质的量浓度不变，不可能；故选BC。③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40：0.80：0.80=1：2：2，升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2：3：3，即升高温度平衡向逆反应方向移动，则达到新平衡时NO的转化率降低，逆反应为吸热反应，ΔH<0。CO2(g)＋3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝-49.1kJ·mol－1(①式)2CH3OH(g)SKIPIF1<0CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2＝-24.5kJ·mol－1(②式)应用盖斯定律，①式×2+②式得2CO2(g)+6H2(g)SKIPIF1<0CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=2ΔH1+ΔH2=2×(-49.1kJ/mol)+(-24.5kJ/mol)=-122.7kJ/mol，反应的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)SKIPIF1<0CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=-122.7kJ/mol。（3）二甲醚氧气电池中电解质为KOH溶液，负极二甲醚被氧化成CO32-，1mol二甲醚失去12mol电子，负极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。（4）①H2CO3的电离方程式为H2CO3SKIPIF1<0H++HCO3-、HCO3-SKIPIF1<0H++CO32-，K2(H2CO3)=[c(H+)·c(CO32-)]/c(HCO3-)，则c(CO32-)：c(HCO3-)=K2(H2CO3)/c(H+)=5×10-11÷(1×10-10)=1：2。②n(BaSO4)=4.66g233g/mol=0.02mol，沉淀转化的离子方程式为BaSO4(s)+CO32-(aq)SKIPIF1<0BaCO3(s)+SO42-(aq)，该反应的平衡常数K=c(SO42-)/c(CO32-)=Ksp(BaSO4)/Ksp(BaCO3)=1×10-11÷(1×10-10)=0.1；根据离子方程式，当BaSO4固体全部转化时消耗CO32-物质的量为0.02mol，生成的SO42-物质的量为0.02mol，溶液中c(SO42-)=0.02mol÷2L=0.01mol/L，溶液中c(CO32-)=c(SO42-)/K=0.01mol/L÷0.1=0.1mol/L；所用Na2CO3物质的量浓度至少为0.02mol÷2L+0.1mol/L=0.11mol/L。5．(15分)CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体，中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。（1）研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。己知部分反应的热化学方程式如下：CH3OH(g)+3/2O2(g)＝CO2(g)+2H2O（1）ΔH1=akJ•mol-1H2(g)+1/2O2(g)＝H2O（1）ΔH2=bkJ•mol-1H2O(g)＝H2O(l)ΔH3=ckJ•mol-1则CO2(g)+3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=__________kJ•mol-1（2）为研究CO2与CO之间的转化，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)SKIPIF1<02CO(g)SKIPIF1<0H，反应达平衡后，测得压强、温度对CO的体积分数(φ(CO)％)的影响如图所示。回答下列问题：①压强

p1、p2、p3的大小关系是________；Ka、Kb、Kc为a、b、c三点对应的平衡常数，则其大小关系是_________。②900℃、1.0MPa时，足量碳与amolCO2反应达平衡后，CO2的转化率为___________(保留三位有效数字)，该反应的平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。（3）①以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)SKIPIF1<0CH3COOH(g)。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如右图所示。250～300℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是_____________；300～400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是________________________________。②为了提高该反应中CO2的转化率，可以采取的措施是_____(写一条即可)。（4）以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。阴极上的电极反应式为_________________________；每生成0.5mol乙烯，理论上需消耗铅蓄电池中_____mol硫酸。【答案】（1）(3b-a-c)(2分)（2）①p1＜p2＜p3(2分)Ka＝Kb＜Kc(1分)②66.7%(或0.667)(2分)3.2MPa(2分)（3）①催化剂的催化效率降低(1分)温度升高，化学反应速率加快(1分)②增大反应体系压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来(1分)（4）2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O(2分)6(1分)【解析】（1）已知①CH3OH(g)+3/2O2(g)＝CO2(g)+2H2O（1）ΔH1=akJ•mol-1②H2(g)+1/2O2(g)＝H2O（1）△H2=bkJ•mol-1③H2O(g)＝H2O(l)△H3=ckJ•mol-1则根据盖斯定律，由3②-①-③可得到CO2(g)+3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)+H2O(g)，故△H=(3b-a-c)kJ•mol-1。（2）①对于反应C(s)＋CO2(g)SKIPIF1<02CO(g)减小压强反应向正方向进行，由图可知相同温度时P1时的CO体积分数大于P2大于P3故p1＜p2＜p3，相同压强时比较温度对反应的影响，同一压强下增大温度，CO的体积分数会增大，故正反应为吸热反应，ΔH＞0，平衡常数只受反应温度影响，故在700℃下，Ka＝Kb，c点的温度高于a点和b点，温度升高反应正向进行故Ka＝Kb＜Kc。②若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，C(s)＋CO2(g)SKIPIF1<02CO(g)起始(mol)a0变化(mol)m2m平衡(mol)a-m2m故SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，故CO2的转化率为SKIPIF1<0≈66.7%(或0.667)。压强之比等于物质的量之比，则反应的平衡常数Kp＝SKIPIF1<0；（3）①如图为不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，所以温度高于300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的。②为了提高该反应中CO2的转化率即使反应正向进行，可以增大压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来；（4）电解时，阴极得电子，发生还原反应，电极反应式是2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。每生成0.5mol乙烯，消耗12molH+，故消耗6mol硫酸。6．(14分))研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)＋H2O(g)△H1＝－49.6kJ/mol反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)SKIPIF1<02CH3OH(g)△H2＝＋23.4kJ/mol反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g)SKIPIF1<0CH3OCH3(g)＋3H2O(g)△H3（1）△H3＝____kJ/mol。（2）恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2，发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是__________(填序号)。A．反应体系总压强保持不变B．容器内的混合气体的密度保持不变C．水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键D．CH3OH和H2O的浓度之比保持不变（3）反应II在某温度下的平衡常数为0.25，此温度下，在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反应到某时刻测得各组分浓度如下：物质CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OH(g)浓度/mol·L－11.81.80.4当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)%＝________%。（4）在某压强下，反应III在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)＝____；KA、KB、KC三者之间的大小关系为____。（5）恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性＝SKIPIF1<0×100%①温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是_________________。②在上述条件下合成甲醇的工业条件是________________。A．210℃B．230℃C．催化剂CZTD．催化剂CZ(Zr－1)T【答案】（1）－122.6(2分)（2）AC(2分)（3）20(2分)（4）0.18mol·L−1·min−1(2分)KA＝KC＞KB(2分)（5）反应I的△H＜0温度升高，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降(2分)BD(2分)【解析】（1）根据盖斯定律知，反应III=反应Ⅰ×2-反应Ⅱ，因此，△H3=△H1×2-△H2=－49.6kJ/mol×2-23.4kJ/mol=-122.6kJ/mol；（2）反应条件为恒温恒容，反应I：CO2(g)＋3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)＋H2O(g)为反应前后气体物质的量减少的反应。A项，该反应为反应前后气体物质的量减少的反应，随着反应的进行气体物质的量减少，体系总压强减小，因此当反应体系总压强保持不变时能说明反应I达到平衡状态，A项正确；Bv根据质量守恒定律知混合气体的总质量不变，容器容积也不变，则随着反应的进行，容器内的混合气体的密度始终保持不变，因此当反容器内的混合气体的密度保持不变时不能说明反应I达到平衡状，B项错误；C项，当水分子中断裂2NA个H－O键时会有3NA个H－H键形成，即生成3mol氢分子，若同时氢分子中断裂3NA个H－H键，即消耗3mol氢分子，则氢气的物质的量保持不变，反应达到平衡状态，因此水分子中断裂2NA个H－O键，同时氢分子中断裂3NA个H－H键能说明反应I达到平衡状，C项正确；D项，反应达到平衡状态时各物质的物质的量浓度保持不变，但CH3OH和H2O的浓度之比始终等于1：1，因此CH3OH和H2O的浓度之比保持不变不能说明反应I达到平衡状，D项正确；故选AC；（3）此刻反应的浓度商SKIPIF1<0，因此反应向正反应方向进行，v正>v逆；设起始时CH3OCH3和H2O的物质的量均为amol，反应达到平衡状态时，CH3OCH3的转化量为xmol，则可列出三段式：CH3OCH3(g)＋H2O(g)SKIPIF1<02CH3OH(g)起始(mol)amolamol0转化(mol)xmolxmol2xmol平衡(mol)(a-x)mol(a-x)mol2xmol则化学平衡常数SKIPIF1<0，解得：x=0.2a，则混合气体中CH3OH的物质的量为0.4a，混合气体总物质的量不变仍为2a，因此混合气体中CH3OH体积分数SKIPIF1<0；（4）由图可知，在T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中时，CO2的平衡转化率为60%，因此CO2的转化量为6mol×60%=3.6，则生成CH3OCH3的物质的量为1.8mol，SKIPIF1<0；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变，则KA＝KC，由图像可知，当投料比相同时，T1温度下的平衡转化率较大，该反应为正向放热的反应，降温平衡正向移动，化学平衡常数增大，因此T1<T2，KA＝KC＞KB；（5）①反应I的△H＜0，在相同的时间段内反应，230℃反应达到平衡状态，升温平衡逆向移动，CO2转化转化率降低，CH3OH产率下降；②由图像可知在230℃下CH3OH的转化率最高，催化剂CZ(Zr－1)T对CH3OH的选择性最好，因此合成甲醇的工业条件是230℃，催化剂CZ(Zr－1)T。故选BD。7．(15分)甲醇CH3OH)是一种重要的化工原料，工业上有多种方法可制得甲醇成品(一)以CO、H2和CO2制备甲醇①CO2(g)+H2(g)SKIPIF1<0COg)+H2O(g)∆H1②CO(g)+2H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)△H2③CO2(g)+3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)+H2O(g)∆H3（1）已知：反应①的化学平衡常数K和温度的关系如下表t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6则下列说法正确的是______A．反应①正反应是吸热反应B．一定体积的密闭容器中，压强不再变化时，说明反应①达到平衡状态C．1100℃时，反应①的K可能为1.5D．在1000℃时，[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]约为0.59（2）比较△H2_____△H3(填“>”、“＝”或“＜”)（3）现利用②和③两个反应合成CH3OH，已知CO可使反应的催化剂寿命下降若氢碳比表示为f＝[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]，则理论上f＝_____时，原料气的利用率高，但生产中住往采用略高于该值的氯碳比，理由是_________________________________.(二)以天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：(i)制备合成气：CH4(g)+H2Og)SKIPIF1<0CO(g)+3H2(g)∆H1>0(ii)合成甲醇：CO(g)+2H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)∆H2>0在一定压强下，1molCH4(g)和1molH2O(g)在三种不同催化剂作用下发生反应(i)，经历相同时间时，CO的物质的量(n)随温度变化的关系如图1（1）下列说法正确的是_______A．曲线①中n(CO)随温度变化的原因是正反应为吸热反应，升高温度，平衡向右移动B．三种催化剂中，催化剂③的催化效果最好，所以能获得最高的产率C．当温度低于700℃时的曲线上的点可能都没有到达平衡D．若温度大于700℃时，CO的物质的量保持不变（2）500℃时，反应（1）在催化剂①的作用下到10mim时达到平衡，请在图2中画出反应（1）在此状态下0至12分钟内反应体系中H2的体积分数SKIPIF1<0(H2)随时间t变化的总趋势___________________(三)研究表明，CO也可在酸性条件下通过电化学的方法制备甲醇，原理如图3所示。（1）产生甲醇的电极反应式为___________________；（2）甲醇燃料电池应用很广，其工作原理如图4，写出电池工作时的负极反应式：___________。【答案】(一)（1）AD(2分)（2）＜(1分)（3）2(1分)使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降(2分)(二)（1）C(3分)（2）(2分)(三)（1）CO+4H++4e-=CH3OH(2分)（2）CH3OH+H2O－6e-=CO2+6H+(2分)【解析】(一)（1）根据表格数据，温度越高，平衡常数越大，说明反应向正反应移动，正反应为吸热，A正确；反应①CO2(g)+H2(g)SKIPIF1<0COg)+H2O(g)是反应前后气体体积不变的体系，压强不影响平衡移动，B错误；1000℃时K为1.7，温度越高，平衡常数越大，1100℃时K>1.7，C错误；在1000℃时，[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]为K的倒数，约为0.59，D正确；答案为AD。（2）随温度升高K1增大，说明反应①的正反应为吸热反应，△H1>0，盖斯定律计算得到△H3=△H1+△H2，则△H2<△H3。（3）由①CO(g)+2H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)②CO2(g)+3H2(g)SKIPIF1<0CH3OH(g)+H2O(g)化学方程式可知f=2，原料气的利用率最高，但生产中往往采用略高于该值的氢碳比，理由：使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降。(二)（1）曲线①中n(CO)随温度升高而增大，反应逆向进行，正反应为放热，A错；催化剂③的使用时n(CO)变化量少，即CO转化率低，产率也不高，B错；当体系中各物质的物质的量保持不变时，反应平衡，根据图象，曲线上的点在不停地变化，反应没有达到平衡，C正确；温度大于700℃时，CO的物质的量曲线未画出，不一定保持不变，D错误。答案选C。（2）根据图一中CO的物质的量曲线及反应中H2生成和消耗的计量关系，0至12分钟内反应体系中生成物H2的体积分数SKIPIF1<0(H2)随时间t变化的总趋势为(三)（1）CO也可在酸性条件下通过电化学的方法制备甲醇，据图3可知，一氧化碳得电子生成甲醇，则产生甲醇的电极反应式为CO+4H++4e-=CH3OH；（2）据图4可知，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O2+12H++12e−=6H2O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为2CH3OH−12e−+2H2O=2CO2↑+12H+，故答案为：CH3OH−6e−+H2O=CO2↑+6H+。8．(15分)氮的化合物应用广泛，但其对环境造成污染进行治理已成为环境科学的重要课题。请回答下列问题：（1）在汽车的排气管上加装催化转化装置可减少NOx的排放。研究表明，NOx的脱除率除与还原剂、催化剂相关外，还取决于催化剂表面氧缺位的密集程度。以La0.8A0.2BCoO3＋X(A、B均为过渡元素)为催化剂，用H2还原NO的机理如下：第一阶段：B4＋(不稳定)＋H2→低价态的金属离子(还原前后催化剂中金属原子的个数不变)第二阶段：NO(g)＋□→NO(a)ΔH1、K12NO(a)→2N(a)+O2(g)ΔH2、K22N(a)→N2(g)＋2□ΔH3、K32NO(a)→N2(g)+2O(a)ΔH4、K42O(a)→O2(g)＋2□ΔH5、K5注：□表示催化剂表面的氧缺位，g表示气态，a表示吸附态第一阶段用氢气还原B4＋得到低价态的金属离子越多，第二阶段反应的速率越快，原因是_____。第二阶段中各反应焓变间的关系：2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝________；该温度下，NO脱除反应2NO(g)SKIPIF1<0N2(g)＋O2(g)的平衡常数K＝_______(用K1、K2、K3的表达式表示)。（2）为研究汽车尾气转化为无毒无害的物质有关反应，在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H＜0，如图为平衡时SKIPIF1<0的体积分数与温度、压强的关系。①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高SKIPIF1<0的转化率，可采取的措施有_____________(填字母序号)a．改用高效催化剂b．缩小容器的体积c．升高温度d．增加CO的浓度②压强为10MP、温度为T1下，若反应进行到SKIPIF1<0达到平衡状态，容器的体积为4L，用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=________，该温度下平衡常数Kp=______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压物质的量分数；保留两位有效数字)。③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，达到的平衡状态可能是图中SKIPIF1<0点中的_____点。（3）近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮(NO3-)，其工作原理如图所示①Ir表面发生反应的方程式为_____________；若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是______________。（4）实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水，并以NaCl调节溶液中氯离子浓度，阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。阳极反应式为_______________除去NH4+的离子反应方程式为____________________。【答案】（1）还原后催化剂中金属原子的个数不变，价态降低，氧缺位增多，反应速率加快(2分)2ΔH1＋ΔH4＋ΔH5(1分)K12×K2×K3(1分)（2）①bd(2分)0.05mol/(L·min)(1分)0.089MPa-1(1分)G(1分)（3）H2+N2ON2+H2O(2分)若Pt颗粒增多，NO3-更多转化为NH4+存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，产生有污染的气体(2分)（4）2Cl――2e―＝Cl2↑(1分)2NH4++3Cl2＝8H++N2↑+6Cl―(1分)【解析】（1）还原后催化剂中金属原子的个数不变，价态降低，氧缺位增多，第二阶段反应速率加快；第二阶段：①NO(g)＋□→NO(a)ΔH1、K1，②2NO(a)→2N(a)+O2(g)ΔH2、K2，③2N(a)→N2(g)＋2□ΔH3、K3，④2NO(a)→N2(g)+2O(a)ΔH4、K4，⑤2O(a)→O2(g)＋2□ΔH5、K5，根据盖斯定律，将①×2+②+③得到2NO(g)→O2(g)+N2(g)，将①×2+④+⑤得到2NO(g)→N2(g)+O2(g)，即2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝2ΔH1＋ΔH4＋ΔH5；因此2NO(g)SKIPIF1<0N2(g)＋O2(g)的平衡常数K＝K12×K2×K3；（2）①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO的转化率，改变条件使平衡向正反应方向移动，a项，改用高效催化剂，催化剂只能改变反应速率，不能改变反应平衡，a项错误；b项，缩小容器的体积，相当于增大压强，此反应是体积减少的反应，平衡向正反应方向移动，所以提高反应速率同时提高NO的转化率，b项正确；c项，升高温度，反应速率提高，但该反应是放热反应，平衡向逆反应方向移动，c项错误；d项，增加CO的浓度，浓度增大，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，d项正确，故选bd；②压强为10MPa、温度为T1下，若反应进行到20min达到平衡状态，对应图象E点，利用“三段式”来计算：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)初始时物质的量/mol81000变化的物质的量/molxxx0.5x平衡时物质的量/mol8-x10-xx0.5xNO的体积分数为25%，根据阿伏加德罗定律及推论，体积分数等于物质的量分数，(8-x)/(8-x+10-x+x+0.5x)=25%，x=4，v(CO2)＝SKIPIF1<0=0.05mol/(L·min)，Kp＝SKIPIF1<0，PCO2=总压×物质的量分数=P总SKIPIF1<0Mpa，同理其它物质的分压也可以用类似的方法来求出，然后带入Kp＝SKIPIF1<0=0.089MPa-1；③此反应是体积减少的放热反应，在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，平衡向正反应方向移动，NO的体积分数降低，对应图象的G点。（3）在Ir表面上H2与N2O反应产生N2和水，反应方程式为H2+N2ON2+H2O；由原理的示意图可知，若导电基体上的Pt颗粒增多，则NO3-会更多的转化成铵根，不利于降低溶液中含氮量；（4）阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；氯气具有氧化性，铵根离子中氮是-3价，具有还原性，能够被氯气氧化成氮气，氯气得电子生成-1价的氯离子，反应的离子方程式为2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-。9．25℃，向40mL0.05mol/L的FeCl3溶液中加入10mL0.15mol/L的KSCN溶液，发生反应，混合溶液中c(Fe3+)与反应时间(t)的变化如图所示。下列说法正确的是A．该反应的离子方程式为Fe3++3SCN-SKIPIF1<0Fe(SCN)3↓B．E点对应的坐标为(0，0.05)C．该反应的平衡常数K=SKIPIF1<0D．t4时向溶液中加入50mL0.1mol/LKCl溶液，平衡不移动【答案】C【解析】A项，Fe(SCN)3为难电离的物质而不是沉淀，故离子方程式为Fe3++3SCN-SKIPIF1<0Fe(SCN)3，A错误；B项，40mL0.05mol/L的FeCl3溶液中加入10mL0.15mol/L的KSCN溶液，溶液总体积变为50mL，此时Fe3+的初始浓度c(Fe3+)=SKIPIF1<0，B错误；C项，根据化学反应，得：平衡常数K=SKIPIF1<0SKIPIF1<0，C正确；D项，t4时向溶液中加入50mL0.1mol/LKCl溶液，相当于稀释了溶液，平衡逆向移动，D不正确。10．(14分)碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题：（1）反应Ⅰ：Fe(s)+CO2(g)SKIPIF1<0FeO(s)+CO(g)ΔH1平衡常数为K1反应Ⅱ：Fe(s)+H2O(g)SKIPIF1<0FeO(s)+H2(g)ΔH2平衡常数为K2不同温度下，K1、K2的值如下表：现有反应Ⅲ：H2(g)+