1、 1 精做精做 04 平衡理论与应用 1CO、CO2的转化和利用是环境化学研究的热点课题。 （1）已知：CO 的燃烧热为283.0 kJ mol1。CO(g)+O2(g)CO2(g) +O(g) H=33.5 kJ mol1， 则 2O(g)O2(g) H=_kJ mol1。 （2）沥青混凝土可作为反应 2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的催化剂。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（ 型、 型）催化时，CO 的转化率与 温度的关系如图所示。 a、b、c、d 四点中，未达到平衡状态的点是_（填字母代号） 。d 点对应的转化 率比 b 点低，其主
2、要原因是_。 在均未达到平衡状态时，同温度下对上述反应催化效率较高的是_（填“”或“”）型沥青 混凝土。e 点 CO 的转化率突变，其可能的原因是_。 已知 c 点时容器中 O2浓度为 0.04 mol L1，则 50 时，在 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）CO 也是一种燃料。CO-空气碱性（KOH 为电解质）燃料电池中，正极区充入_（填“CO” 或“空气”） ； 若在放电过程中恰好生成 KHCO3， 写出此时负极的电极反应式： _。 2“绿水青山就是金山银山”，研究 NO2、NO、CO、SO2等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国
3、 具有重要意义。 （1）已知：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H1=41.2 kJmol1 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) H2=+247.3 kJ mol1 CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H3=1160 kJmol1 写出 NO 与 CO 反应生成无污染物气体的热化学方程式：_。 （2）光气（COCl2）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途。工业上常利用废气 CO2通过反应： C(s)+CO2(g)2CO(g) H0，制取合成光气的原料气 CO。在体积可变的恒压(p总)密闭容器 2 中充入 1 mol CO2
4、 与足量的碳发生上述反应，在平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图 1 所示： T 时，在容器中若充入稀有气体，v正_v逆（填“”“”“”“0) 3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) H4 请回答下列问题： 已知反应相关的化学键键能数据如下： 化学键 HH CO HO C=O E/(kJ mol1) 432 1071 459 799 （1）根据以上方程式及数据计算可得 H4=_kJ mol1。 （2）CO2和 H2在一定条件下也可合成 CH3OCH3，2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) H”“=”或“”“=”或“”“0 CH4超干重整
5、CO2的催化转化原理示意如图： （4）过程，实现了含氢物种与含碳物种的分离。生成 H2O(g)的化学方程式是_。 （5）假设过程和过程中的各步均转化完全，下列说法正确的是_。 （(填序号) a过程和过程中均含有氧化还原反应 8 b过程中使用的催化剂为 Fe3O4和 CaCO3 c若过程投料 4 2 (CH ) (CO ) n n =1，可导致过程中催化剂失效 （6） 一定条件下， 向体积为 2 L 的恒容密闭容器中充入 1.2 mol CH4(g)和 4.8 mol CO2(g)， 发生反应 CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) H0，实验测得，反应吸收的能量和甲烷的体
6、积分数随时间 变化的曲线图像如图。计算该条件下，此反应的 H=_。 82018 新课标卷 采用 N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广 泛应用。回答下列问题： （1）1840 年 Devil 用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到 N2O5，该反应的氧化产物是一种气体，其 分子式为_。 （2）F. Daniels 等曾利用测压法在刚性反应器中研究了 25时 N2O5（g）分解反应： 其中 NO2二聚为 N2O4的反应可以迅速达到平衡。 体系的总压强 p 随时间 t 的变化如下表所示 （t= 时，N2O5（g）完全分解） ： t/min 0 40 80 160 26
7、0 1300 1700 p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1 已知：2N2O5（g）2N2O4（g）+O2（g） H1=4.4 kJmol1 2NO2 （g） N2O4（g） H 2=55.3 kJmol1 则反应 N2O5（g）=2NO2（g）+ 1 2 O2（g）的 H =_ kJ mol1。 研究表明，N2O5（g）分解的反应速率 v=2 103 25 N O p（kPa min1） 。t=62 min 时，测得体系中 9 2 O p =2.9 kPa，则此时的 25 N O p=_ kPa，v=_ kPa min1。 若提高反应温度
8、至 35， 则 N2O5（g） 完全分解后体系压强 p（35） _63.1 kPa （填“大于”“等 于”或“小于”） ，原因是_。 25时 N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数 Kp=_kPa（Kp为以分压表示的平衡常 数，计算结果保留 1 位小数） 。 （3）对于反应 2N2O5（g）4NO2（g）+O2（g） ，R.A.Ogg 提出如下反应历程： 第一步 N2O5NO3+NO2 快速平衡 第二步 NO2+NO3NO+NO2+O2 慢反应 第三步 NO+NO32NO2 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是_（填标号） 。 Av（第一步的逆反应）v（第二
9、步反应） B反应的中间产物只有 NO3 C第二步中 NO2与 NO3的碰撞仅部分有效 D第三步反应活化能较高 92018 新课标卷 CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO 和 H2） ，还对温室气体的减排具有重要 意义。回答下列问题： （1）CH4-CO2催化重整反应为：CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。 已知：C(s)+2H2(g)= CH4 (g) H=-75 kJ mol1 C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-394 kJ mol1 C(s)+ 2 1 O 2 (g)=CO(g) H=-111 kJ mol1 该催化重整反应的 H=_ kJ mol1
10、，有利于提高 CH4平衡转化率的条件是_（填标号） 。 A高温低压 B低温高压 C高温高压 D低温低压 某温度下，在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平 衡时 CO2的转化率是 50%，其平衡常数为_mol2 L2。 （2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表： 积碳反应 CH4(g)= C(s)+2H2(g) 消碳反应 CO2(g)+ C(s)= 2CO(g) H/(kJ mol1) 75 172 活化能/ 催化剂 X 33 91 10 (kJ mol1) 催化剂 Y 43 72 由
11、上表判断，催化剂 X_Y（填“优于”或“劣于”） ，理由是_。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如 图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的 是_（填标号） 。 AK积、K消均增加 Bv积减小，v消增加 CK积减小，K消增加 Dv消增加的倍数比 v积增加的倍数大 在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为 v=kp(CH4) 0.5 2) (COp （k 为速 率常数） 。 在 p(CH4)一定时， 不同 p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示， 则 pa(CO2)、pb(CO2)、
12、pc(CO2)从大到小的顺序为_。 102018 新课标卷三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题： （1）SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O 等，写出该反应的化 学方程式_。 （2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应： 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) H1=48 kJ mol1 3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) H2=30 kJ mol1 则反应 4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的 H=_ kJ mol1。 11 （3）对于反应 2SiHC
13、l3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在 323 K 和 343 K 时 SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 343 K 时反应的平衡转化率 =_%。平衡常数 K343 K=_（保留 2 位小数） 。 在 343 K 下：要提高 SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可 采取的措施有_、_。 比较 a、b 处反应速率大小：a_b（填“大于”“小于”或“等于”） 。反应速率 =正逆 = 3 2 SiHCl k x 正 ，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x 为物质的量分数，计算 a 处的 v v 正 逆 =
14、_（保留 1 位小数） 。 112018 北京卷 近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下： （1）反应：2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) H1=+551 kJmol1 反应：S(s)+O2(g)SO2(g) H3=297 kJmol1 反应的热化学方程式：_。 （2）对反应，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系 如图所示。 12 p2_p 1（填“”或“” ） ，得出该结论的理由是_。 （3）I可以作为水溶液中 SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将 ii 补充完整。 iSO2+4
15、I+4H+S+2I2+2H2O iiI2+2H2O+_+_+2 I （4）探究 i、ii 反应速率与 SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将 18 mL SO2饱和溶液加入到 2 mL 下列试剂中，密闭放置观察现象。 （已知：I2易溶解在 KI 溶液中） 序号 A B C D 试剂组成 0.4 molL1 KI a molL1 KI 0.2 molL1 H2SO4 0.2 molL1 H2SO4 0.2 molL1 KI 0.0002 mol I2 实验现象 溶液变黄，一段时 间后出现浑浊 溶液变黄，出现浑 浊较 A 快 无明显现象 溶液由棕褐色很快 褪色，变成黄色， 出现浑浊较 A 快
16、B 是 A 的对比实验，则 a=_。 比较 A、B、C，可得出的结论是_。 实验表明，SO2的歧化反应速率 DA，结合 i、ii 反应速率解释原因：_。 122018 天津卷CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题： （1）CO2可以被 NaOH 溶液捕获。若所得溶液 pH=13，CO2主要转化为_（写离子符号） ；若所 得溶液 c(HCO3)c(CO32)=21，溶液 pH=_。 （室温下，H2CO3的 K1=4 107；K2=5 1011） （2）CO2与 CH4经催化重整，制得合成气： CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g) 已知上述反应中相关
17、的化学键键能数据如下： 化学键 CH C=O HH CO(CO) 键能/kJ mol1 413 745 436 1075 则该反应的 H=_。分别在 VL 恒温密闭容器 A（恒容） 、B（恒压，容积可变）中，加入 CH4 和 CO2各 1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_（填“A” 或 “B ”） 。 按一定体积比加入 CH4和 CO2，在恒压下发生反应，温度对 CO 和 H2产率的影响如图 3 所示。此反 应优选温度为 900的原因是_。 13 （3）O2辅助的 AlCO2电池工作原理如图 4 所示。该电池电容量大，能有效利用 CO2，电池反应产物 Al2(
18、C2O4)3是重要的化工原料。 电池的负极反应式：_。 电池的正极反应式：6O2+6e6O2 6CO2+6O23C2O42 反应过程中 O2的作用是_。 该电池的总反应式：_。 132018 江苏卷 NOx（主要指 NO 和 NO2）是大气主要污染物之一。有效去除大气中的 NOx是环境保护 的重要课题。 （1）用水吸收 NOx的相关热化学方程式如下： 2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) H=116.1 kJ mol1 3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) H=75.9 kJ mol1 反应 3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+N
19、O(g)的 H=_kJ mol1。 （2）用稀硝酸吸收 NOx，得到 HNO3和 HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出 电解时阳极的电极反应式：_。 （3）用酸性(NH2)2CO 水溶液吸收 NOx，吸收过程中存在 HNO2与(NH2)2CO 生成 N2和 CO2的反应。写 出该反应的化学方程式：_。 （4）在有氧条件下，新型催化剂 M 能催化 NH3与 NOx反应生成 N2。 NH3与 NO2生成 N2的反应中，当生成 1 mol N2时，转移的电子数为_mol。 将一定比例的 O2、NH3和 NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂 M 的反应器中反应（装置见题 20 图1） 。 14 反应相同时间 NOx的去除率随反应温度的变化曲线如题 20 图2 所示，在 50250 范围内随着 温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_； 当反应温度高于 380 时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_。
