Question

【题目】发展洁净煤技术、利用CO2制备清洁能源等都是实现减碳排放的重要途径．

（1）将煤转化成水煤气的反应：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂（其他条件保持不变），此反应的△H（填“增大”、“减小”或“不变”），判断的理由是 ．
（2）CO2制备甲醇：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H=﹣49.0kJmol﹣1 ， 在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2 ， 测得CO2（g） 和CH3OH（g） 浓度随时间变化如图1所示．
①该反应化学平衡常数K的表达式是 ．
②0～9min时间内，该反应的平均反应速率ν（H2）=
③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，此反应达平衡时放出的热量（Q）可能是（填字母序号）kJ．
0＜Q＜29.5 b.29.5＜Q＜36.75 c.36.75＜Q＜49 d.49＜Q＜98
④在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率（α）与L和 X的关系如图2所示，L和X 分别表示温度或压强．
X表示的物理量是． 判断L1与L2飞大小关系．
（3）科学家用氮化镓材料与铜组装如图3的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4 ．
写出铜电极表面的电极反应式，为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量（选填“盐酸”或“硫酸”）．
（4）利用CO2和NH3为原料也合成尿素，在合成塔中的主要反应可表示如下：
反应①：2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）△H1=
反应②：NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJmol﹣1
总反应：2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=﹣86.98kJmol﹣1；
则反应①的△H1= ．
（5）现将amol铁和bmol铜的混合物与含有cmolHNO3的稀溶液充分反应，设还原产物为NO．下列结论不正确的是（填序号）
A.若剩余金属0.5amol，则氧化产物为一种或二种
B.若只有一种氧化产物，则3c=8a
C.若有二种氧化产物，被还原的硝酸物质的量为0.25cmol
D.若有三种氧化产物，被还原的硝酸物质的量为0.25cmol．

Answer 1

【答案】
（1）不变；加入催化剂后反应物和生成物的总能量不变
（2）；0.25mol/L?min；c
（3）硫酸
（4）﹣159.47KJ/mol；﹣159.47KJ/mol
（5）BC
【解析】解：（1）将煤转化成水煤气的反应：C（s）+H2OCO2（g）+H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂（其他条件保持不变），催化剂改变反应速率不改变化学平衡，不改变反应焓变，此反应的△H不变，加入催化剂后反应物和生成物的总能量不变所以答案是：不变；加入催化剂后反应物和生成物的总能量不变；（2）①CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），反应的平衡常数表达式为：K= ，
所以答案是： ；②图象读取甲醇生成浓度，结合反应速率概念计算甲醇的反应速率= ，反应速率之比等于化学方程式计量数之比，V（H2）=3V（CH3OH（g）=3× =0.25mol/Lmin，
所以答案是：0.25mol/Lmin；③CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H=﹣49.0kJmol﹣1 ， 反应达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量浓度=1mol/L﹣0.25mol/L=0.75mol/L，物质的量为0.75mol，反应放出热量=49KJ/mol×0.75mol=36.75KJ，反应焓变是指1mol二氧化碳和3mol氢气完全反应放出的热量为49KJ，反应是可逆反应，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2 ， 反应放热一定小于49KJ，在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，压强增大，平衡正向进行，反应放出热量会增多，大于36.75KJ，则36.75＜Q＜49，
所以答案是：c；④CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H=﹣49.0kJmol﹣1 ， 反应是气体体积减小的放热反应，
i．温度升高，平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，所以X为温度，L为压强，
所以答案是：温度；
ii．温度一定压强增大平衡正向进行二氧化碳转化率增大，所以L1＞L2 ，
所以答案是：L1＞L2；（3）由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷，则Cu电极上的电极反应为：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O，可向装置中加入少量的酸作电解质，由于盐酸易挥发，生成的甲烷中会混有HCl气体，所以选用硫酸，不用盐酸
所以答案是：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O；硫酸；（4）反应Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）NH2COONH4（s）△H1=akJmol﹣1
反应Ⅱ：NH2COONH4（s）CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJmol﹣1
总反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H3=﹣86.98kJmol﹣1
依据盖斯定律计算反应Ⅰ+反应Ⅱ得到：2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H3=akJmol﹣1+72.49kJmol﹣1=﹣86.98kJmol﹣1
a=﹣159.47akJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣159.47KJ/mol；（5）A．若剩余金属0.5a mol，该金属可能为铁或铜，若为铁，则溶质为硝酸亚铁，若为铜，则氧化产物可能为硝酸亚铁和硝酸铜，故A正确；
B．若只有一种氧化产物，说明铁过量，铜没有参与反应，反应后溶质为硝酸亚铁，但是amol铁不一定完全反应，无法确定a与c的关系，故B错误；
C．若只有二种氧化产物，氧化产物可能为硝酸亚铁和硝酸铜或硝酸铜和硝酸铁，硝酸可能过量，稀硝酸不一定完全反应，则无法计算被还原的硝酸的量，故C错误；
D．若有三种氧化产物，氧化产物为硝酸铜、硝酸铁和硝酸亚铁，说明硝酸完全反应，根据反应3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O、3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O、Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，被还原的硝酸的物质的量为cmol× =0.25cmol，故D正确；
所以答案是：BC．
【考点精析】本题主要考查了反应热和焓变和化学平衡的计算的相关知识点，需要掌握在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能正确解答此题．