煤制備CH4是一種有發(fā)展前景的新技術(shù)。
I. 煤炭氣化并制備CH4包括以下反應(yīng):
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2 (g)    ΔH 1 = +131 kJ/mol 
CO(g) + H2O(g)=CO2 (g)+ H2(g)     ΔH 2 = ?41 kJ/mol  
CO(g) + 3H2 (g)=CH4 (g)+ H2O(g)    ΔH 3 = ?206 kJ/mol 
(1)寫出煤和氣態(tài)水制備CH4(產(chǎn)物還有CO2)的熱化學(xué)方程式                                   。
(2)煤轉(zhuǎn)化為水煤氣(CO和H2)作為燃料和煤直接作為燃料相比，主要的優(yōu)點(diǎn)有                    。
(3)寫出甲烷—空氣燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)中負(fù)極的電極反應(yīng)式                      。
II. 對(duì)以上反應(yīng)CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g)  ΔH 2 = ?41 kJ/mol，起始時(shí)在密閉容器中充入1.00 molCO和1.00 molH2O，分別進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)，探究影響平衡的因素（其它條件相同且不考慮任何副反應(yīng)的影響）。實(shí)驗(yàn)條件如下表：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)
容器體積/L
溫度/°C
①
2.0
1200
②
2.0
1300
③
1.0
1200
 
(1)實(shí)驗(yàn)①中c(CO2)隨時(shí)間變化的關(guān)系見下圖，請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的框圖中，畫出實(shí)驗(yàn)②和③中c(CO2)隨時(shí)間變化關(guān)系的預(yù)期結(jié)果示意圖。

(2)在與實(shí)驗(yàn)①相同的條件下，起始時(shí)充入容器的物質(zhì)的量：n(CO)=n(H2O)=n(CO2) =n( H2)=1.00mol。通過計(jì)算，判斷出反應(yīng)進(jìn)行的方向。（寫出計(jì)算過程。）

I.（1）2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g)  ΔH  = +15 kJ/mol     （3分 ）
(2)提高煤的利用率（節(jié)約能源或節(jié)約資源）（1分）、減少污染。（1分）
(3)CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O（2分）
II. (1) 如圖所示

(2)Q＞ K  反應(yīng)向逆反應(yīng)方向（生成CO和H2O的方向）進(jìn)行   （1分）

解析試題分析： I. (1) 根據(jù)蓋斯定律和已知方程式，煤和氣態(tài)水制備甲烷的熱化學(xué)方程式可由方程式①×2+②+③而得，所以ΔH=2ΔH 1+ ΔH 2+ΔH 3 = +15 kJ/mol ，所以熱化學(xué)方程式為：2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g)  ΔH  = +15 kJ/mol 。
(2) 煤氣化后生成水煤氣再燃燒比直接燃燒煤更加充分，提高能源利用率，同時(shí)燃煤容易產(chǎn)生酸雨，所以燃燒水煤氣還可以減少污染。
(3)用甲烷作燃料制成的堿性燃料電池中，甲烷失電子生成的CO2氣體會(huì)與溶液中的堿性介質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)生成CO32-，所以其負(fù)極的反應(yīng)式為：CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
II. (1) CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，所以溫度升高，反應(yīng)的反應(yīng)速率加快，但使平衡逆向移動(dòng)，實(shí)驗(yàn)②曲線比實(shí)驗(yàn)①曲線更快達(dá)到平衡，但是平衡時(shí)CO2的濃度要低一些；相比之下，實(shí)驗(yàn)③比試驗(yàn)①縮小了體積，即增大了壓強(qiáng)，由于反應(yīng)前后氣體系數(shù)不變，所以增大壓強(qiáng)只能增大化學(xué)反應(yīng)速率，但是不能改變平衡，因此實(shí)驗(yàn)③的曲線比實(shí)驗(yàn)①更快達(dá)到平衡，且平衡時(shí)CO2的濃度是實(shí)驗(yàn)①的2倍。如圖

(2)整體思路：先根據(jù)實(shí)驗(yàn)①充入的物質(zhì)的物質(zhì)的量和平衡時(shí)候CO2的濃度計(jì)算出在相同溫度下的平衡常數(shù)K，然后比較此時(shí)的濃度商Q與實(shí)驗(yàn)①的K值的大小，從而得出反應(yīng)進(jìn)行的方向。
計(jì)算過程為：
(2) 平衡時(shí)n(CO2)=0.20mol/Lx2.0L=0.40mol
CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 
起始物質(zhì)的量/mol  1.00  1.00  1.00    1.00
變化物質(zhì)的量/mol  0.40  0.40  0.40    0.40
平衡物質(zhì)的量/mol  0.60  0.60  0.40    0.40  （1分）
K=="0.44"  （2分）
Q= ==" 1.0" （1分）
Q＞ K    反應(yīng)向逆反應(yīng)方向（生成CO和H2O的方向）進(jìn)行   （1分）
考點(diǎn)：本題考查的是化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)，主要包括蓋斯定律應(yīng)用、熱化學(xué)方程式的書寫、影響化學(xué)平衡的因素、圖像問題、反應(yīng)方向的判斷計(jì)算。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

2013年霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)。其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一。
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)+2CO2CO2(g)+N2(g)
①對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（PB）代替物質(zhì)的量濃度（CB）也可以表示平衡常數(shù)（記作KP），則該反應(yīng)的KP=-                。
②該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的ΔH            0。（選填“>”、“<”）
③在某一絕熱、恒容的密閉容器中充入一定量的NO、CO發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得正反應(yīng)的速率隨時(shí)間變化的曲線如圖所示（已知：t2 --tl=t3－t2）。

則下列說法不正確的是         。（填編號(hào)）
A．反應(yīng)在c點(diǎn)未達(dá)到平衡狀態(tài)
B．反應(yīng)速率a點(diǎn)小于b點(diǎn)
C．反應(yīng)物濃度a點(diǎn)大于b點(diǎn)
D．NO的轉(zhuǎn)化率：tl～t2>t2～t3
（2）煤的綜合利用、使用清潔能源等有利于減少環(huán)境污染。合成氨工業(yè)原料氣的來源之一水煤氣法，在催化劑存在條件下有下列反應(yīng)：
①
②
③
①△H3和△H1、△H2的關(guān)系為△H3=            。
②在恒溫條件下，將l mol CO和1 mol H2O（g）充入某固定容積的反應(yīng)容器，達(dá)到平衡時(shí)有50%的CO轉(zhuǎn)化為CO2。在tl時(shí)保持溫度不變，再充入1 mol H2O（g），請(qǐng)?jiān)趫D中畫出tl時(shí)刻后H2的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)曲線。

③甲醇汽油可’以減少汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。
某化工廠用水煤氣為原料合成甲醇，恒溫條件下，在體積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到達(dá)平衡時(shí)，測(cè)得CO、H2、CH3OH分別為1 mol、1 mol、1 mol，容器的體積為3L，現(xiàn)往容器中繼續(xù)通人3 mol CO，此時(shí)v（正）         v（逆）（選填‘‘>”、“<’’或“=”），判斷的理由        。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

(1)宇宙飛船上的氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為：2H2＋O2=2H2O，試寫出電解質(zhì)溶液若為鹽酸時(shí)的正極反應(yīng)式：______________。
(2)已知4 g甲烷氣體充分燃燒生成CO2(g)和H2O(l)時(shí)，放出Q kJ的熱量。寫出表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式：______________________。
(3)已知下列熱化學(xué)方程式：
①Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝－Q1 kJ/mol
②3Fe2O3(s)＋CO(g)=2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH＝－Q2 kJ/mol
③Fe3O4(s)＋CO(g)=3FeO(s)＋CO2(g)　ΔH＝－Q3 kJ/mol
利用蓋斯定律計(jì)算：FeO(s)＋CO(g)=Fe(s)＋CO2(g)的焓變?chǔ)＝________。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

“氫能”是人類未來最理想的新能源之一。
（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)得，1 g氫氣燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出142.9 kJ熱量，則表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為__________________________。
（2）利用核能把水分解制氫氣，是目前正研究的課題。如圖是其中的一種流程，流程中用了過量的碘（提示：反應(yīng)②的產(chǎn)物是O2、SO2和H2O）。
完成下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：反應(yīng)①________________；反應(yīng)②________________。此法制取氫氣的最大優(yōu)點(diǎn)是____________________。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO2和NH3為原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應(yīng)可表示如下：
反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)NH2CO2NH4(s)   △H1="a" kJ·mol－1
反應(yīng)Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)   △H2=＋72.49kJ·mol－1
總反應(yīng)Ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)   △H3=－86.98kJ·mol－1
請(qǐng)回答下列問題：
（1）反應(yīng)Ⅰ的△H1=__________kJ·mol－1(用具體數(shù)據(jù)表示)。
（2）反應(yīng)Ⅱ的△S______(填＞或＜)0，一般在__________情況下有利于該反應(yīng)的進(jìn)行。
（3）反應(yīng)Ⅲ中影響CO2平衡轉(zhuǎn)化率的因素很多，下圖1為某特定條件下，不同水碳比n(H2O)/n(CO2)和溫度影響CO2平衡轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲線。
①其他條件相同時(shí)，為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。
②當(dāng)溫度高于190℃后，CO2平衡轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢(shì)，其原因是__________。

（4）反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K1=____________________；如果起始溫度相同，反應(yīng)Ⅰ由在恒溫容器進(jìn)行改為在絕熱(與外界沒有熱量交換)容器中進(jìn)行，平衡常數(shù)K1將__________(填增大、減少、不變)。
（5）某研究小組為探究反應(yīng)Ⅰ中影響c(CO2)的因素，在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中，t1時(shí)達(dá)到平衡過程中c(CO2)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線如上圖2所示。若其他條件不變，t1時(shí)將容器體積壓縮到1L，請(qǐng)畫出t1后c(CO2)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線(t2達(dá)到新的平衡)。
（6）尿素在土壤中會(huì)發(fā)生反應(yīng)CO(NH2)2＋2H2O(NH4)2CO3。下列物質(zhì)中與尿素有類似性質(zhì)的是______。

A．NH2COONH4B．H2NOCCH2CH2CONH2
C．HOCH2CH2OHD．HOCH2CH2NH2

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

某實(shí)驗(yàn)小組用燃燒分析法測(cè)定某有機(jī)物中碳和氫等元素的含量，隨后又對(duì)其進(jìn)行了性質(zhì)探究。將已稱量的樣品置于氧氣流中，用氧化銅作催化劑，在高溫條件下樣品全部被氧化為水和二氧化碳，然后分別測(cè)定生成的水和二氧化碳。實(shí)驗(yàn)可能用到的裝置如下圖所示，其中A、D裝置可以重復(fù)使用。

請(qǐng)回答下列問題：
（1）請(qǐng)按氣體流向連接實(shí)驗(yàn)裝置B→        →C→A→D→        （用裝置編號(hào)填寫）。
（2）B裝置中制O2時(shí)所用的藥品是                                            。實(shí)驗(yàn)中，開始對(duì)C裝置加熱之前，要通一段時(shí)間的氧氣，目的是                                    ；停止加熱后，也要再通一段時(shí)間的氧氣，目的是                                   .。
（3）已知取2.3g的樣品X進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)測(cè)定A裝置增重2.7g，D裝置增重4.4g。試推算出X物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)式                          。
（4）該小組同學(xué)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)測(cè)得：2.3g的 X與過量金屬鈉反應(yīng)可放出560mLH2（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下），且已知X分子只含一個(gè)官能團(tuán)。查閱資料后，學(xué)生們又進(jìn)行了性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一：X在一定條件下可催化氧化最終生成有機(jī)物Y；實(shí)驗(yàn)二：X與Y在濃硫酸加熱條件下生成有機(jī)物Z。則：①寫出實(shí)驗(yàn)二中反應(yīng)的化學(xué)方程式                                      。
② 除去Z中混有的Y所需的試劑和主要儀器是             、             。
（5）若已知室溫下2.3g液態(tài)X在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水時(shí)可放出68.35kJ的熱量，寫出X在氧氣中燃燒的熱化學(xué)方程式                                         。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

甲醇可作為燃料電池的原料。通過下列反應(yīng)可以制備甲醇：CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H＝-90.8 kJ·mol－1 在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO 和20 molH2，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖所示，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A 時(shí)，容器的體積為20 L。

（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為     。
（2）如反應(yīng)開始時(shí)仍充入10mol CO 和20mol H2，
則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V（B）=        L。
（3）關(guān)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的描述正確的是  （填字母）。
A．CO的含量保持不變
B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等
C．2V正（CH3OH）=V正（H2）
D．容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
（4）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，按照相同的物質(zhì)的量 投料，測(cè)得CO在 不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是     。

A．溫度：T1 < T2 <T3
B．正反應(yīng)速率：ν（a）>ν（c）； ν（b）>ν（d）
C．平衡常數(shù)： K(a) ="K(c)" ； K(b) >K(d)
D．平均摩爾質(zhì)量：M(a)<M(c)； M(b)>M(d)
（5）已知CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） △H=" +" 41.3 kJ·mol－1，試寫出由 CO2和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式     。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。
（1）在固定容積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N2（g）+3H2（g） 2NH3（g） △H=—92．4kJ/mol，
其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表：

T/K
298
398
498
平衡常數(shù)K
4.1×106
K1
K2
 
試判斷K1       K2（填寫“>” “ =”或“<”）。
（2）用2mol N2和3mol H2合成氨，三容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，在其它條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)均進(jìn)行到t min時(shí)N2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖所示，此時(shí)甲、乙、丙三個(gè)容器中一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是        ，都達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，N2轉(zhuǎn)化率最低的是   。

（3）NH3與CO2在120oC，催化劑作用下可以合成反應(yīng)生成尿素：CO2 +2NH3（NH2）2CO +H2O
在密閉反應(yīng)容器中，混合氣體中NH3的含量變化關(guān)系如圖所示

（該條件下尿素為固體）。則A點(diǎn)的正反應(yīng)/速率（CO2）      B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率（CO2）（填寫“>”“=”或“<”），NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為____         ；
（4）已知下列熱化學(xué)方程式：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（1）   △H = -571．6kJ/mol
N2（g）+O2（g）2NO（g）    △H =+180kJ/mol
請(qǐng)寫出用NH3還原NO的熱化學(xué)方程式_                 ；
（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式____     。科學(xué)家利用此原理，設(shè)計(jì)成氨氣－氧氣燃料電池，則通人氨氣的電極是        （填“正極”或“負(fù)極”），在堿性條件下，通人氨氣的電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為                                  。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重,“節(jié)能減排”,減少全球溫室氣體排放,研究NOx、SO2、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。
(1)如圖是在101 kPa、298 K條件下1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成1 mol CO2和1 mol NO過程中能量變化示意圖。

已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH="+179.5" kJ/mol
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH="-112.3" kJ/mol
則在298 K時(shí),反應(yīng):2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的ΔH=　　　。 

(2)將0.20 mol NO2和0.10 mol CO 充入一個(gè)容積恒定為1 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng),在不同條件下,反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的濃度變化狀況如圖所示。
①下列說法正確的是　　　　(填序號(hào))。 
a.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化說明該反應(yīng)達(dá)到平衡
b.當(dāng)向容器中再充入0.20 mol NO時(shí),平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),K值增大
c.升高溫度后,K值減小,NO2的轉(zhuǎn)化率減小
d.向該容器內(nèi)充入He氣,反應(yīng)物的體積減小,濃度增大,所以反應(yīng)速率增大
②計(jì)算產(chǎn)物NO2在0～2 min時(shí)平均反應(yīng)速率v(NO2)=　　　　mol/(L·min)。 
③第4 min時(shí)改變的反應(yīng)條件為　　　　(填“升溫”或“降溫”)。 
④計(jì)算反應(yīng)在第6 min時(shí)的平衡常數(shù)K=　　　　。若保持溫度不變,此時(shí)再向容器中充入CO、NO各0.060 mol,平衡將　　　　移動(dòng)(填“正向”、“逆向”或“不”)。 

(3)有學(xué)者想以如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料。其負(fù)極的反應(yīng)式為                                                          ，當(dāng)有0.25 mol SO2被吸收,則通過質(zhì)子(H+)交換膜的H+的物質(zhì)的量為　　　　 。
(4)CO2在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO3反應(yīng),CaCO3是一種難溶物質(zhì),其Ksp=2.8×10-9�，F(xiàn)將2×10-4 mol/L的Na2CO3溶液與一定濃度的CaCl2溶液等體積混合生成沉淀,計(jì)算應(yīng)加入CaCl2溶液的最小濃度為　　　　。

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