(14分)CO2和H2可用于合成甲醇和甲醚。
（1）已知①CH3OH(l)＋
O2(g) ="=" CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－725.5 kJ·mol－1
②H2(g)＋
O2(g) ="=" H2O(g) ΔH ＝－241.8 kJ·mol－1
③H2O(g) ="=" H2O(l) ΔH ＝－44 kJ·mol－1
则工业上以CO2(g)、H2(g)为原料合成CH3OH(l)，同时生成H2O(l)的热化学方程式为_______。
（2）将CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)
CH3OCH3(g)＋3H2O(l)
已知在投料比n(CO2):n(H2)=1：3的条件下，不同温度、不同压强时，CO2的转化率见下表：
①下列关于上述可逆反应的说法正确的是
| A．在恒温、恒容的密闭容器中，当反应混合气体的密度保持不变时反应达平衡状态 |
| B．当v正(CO2)=" 3" v逆(H2)，反应达平衡状态 |
| C．当n(CO2):n(H2)=1：3时，反应达平衡状态 |
| D．a > 60% |
②上述反应的化学平衡常数的表达式为__________。
③该反应的ΔH 0，原因是 。
④在压强为P、温度为500K、投料比n(CO2):n(H2)=1：3的条件下，反应达平衡状态时H2的转化率为 ，混合气体中CO2的体积分数为 。
（3）以甲醇、空气、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：放电时，负极的电极反应式为 。
一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO2还原为单质硫。
已知：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH=-566.0kJ/mol
②S(s)+ O2(g)=SO2(g)ΔH=-296.0kJ/mol
请写出CO还原SO2的热化学方程式______ 。
（2）工业土用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H2O(g) 
CO2(g) +H2(g)。已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为_________，H2的平均生成速率为 mol·L-1min-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为___________反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图
电池总反应为：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，则c电极是 （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为 。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的___________极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标况下的体积为 L。
随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)
N2(g)＋CO2 (g) △H。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温(T1℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：
| 浓度/mol·L－1 时间/min |
NO |
N2 |
CO2 |
| 0 |
0.100 |
0 |
0 |
| 10 |
0.058 |
0.021 |
0.021 |
| 20 |
0.040 |
0.030 |
0.030 |
| 30 |
0.040 |
0.030 |
0.030 |
| 40 |
0.032 |
0.034 |
0.017 |
| 50 |
0.032 |
0.034 |
0.017 |
①T1℃时，该反应的平衡常数K＝ （保留两位小数）。
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是 。
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5：3：3，则该反应的
△H 0（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（2）用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－574 kJ·mol－1
②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－1160 kJ·mol－1
③H2O(g)＝H2O(l) △H＝－44.0 kJ·mol－1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O（1）的热化学方程式 。
（3）以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为 。
（4）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图所示。
①该工艺中能量转化方式主要有 (写出其中两种形式即可)。
②电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为 。
目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：CH4(g) + H2O(g)
CO(g) + 3H2(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = _______________kJ/mol。
II．用CH4或其他有机物、O2为原料可设计成燃料电池。
（2）以CnH2nOn、O2为原料，H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________。
（3）以CH4、O2为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________。
III．利用I2O5消除CO污染的反应为：5CO(g) + I2O5(s)5CO2(g) + I2(s)，不同温度下，向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO2的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：
（4）T2时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T1时化学平衡常数K = _________________________。
（6）下列说法不正确的是____________________（填字母序号）。
| A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态 |
| B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等 |
| C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变 |
| D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb < Kd |
IV．（7）电解CO制备CH4和W，工作原理如图所示，其原理用电解总离子方程式解释是_____________。
氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。
| 反应 |
大气固氮 N2(g)+O2(g)  2NO(g) |
工业固氮 N2(g)+3H2 (g)  2NH3(g) |
|||
| 温度/℃ |
27 |
2000 |
25 |
400 |
450 |
| K |
3.84×10-31 |
0.1 |
5×108 |
0.507 |
0.152 |
①分析数据可知：大气固氮反应属于__________（填“吸热”或“放热”）反应。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因__________。
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因_______________________。
（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强（р1、р2）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是________（填“A”或“B”）；比较р1、р2的大小关系_________。
（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是 。
（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)，则其反应热ΔH＝___________________。
（已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＝－92.4kJ·mol－1
2H2(g) +O2(g)2H2O(l) △H＝－571.6kJ·mol－1 ）
甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇，反应流程中涉及如下反应（下列焓变数据均在25℃测得）：
（1）25℃时，用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为________________；
（2）某温度下，向容积为4 L的恒容密闭容器中通入6 molCO2和6 mol CH4，发生反应①，5 min后反应在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，则该反应在0～5 min内的平均反应速率v（CO）=________mol·L-1·min-1；在相同温度下，将上述反应改在某恒压容器内进行，该反应的平衡常数________（填“增大”“不变”或“减小”）；
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：
科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下图所示：
①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素，在下列各压强数据中，工业上制取甲酸甲酯应选择的是_______（填下列序号字母）
a．3.5×106Pa b．4.0×l06Pa c．5.0×106Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是______________
（4）直接甲醇燃料电池（简称DMFC）由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：
①通入气体a的电极是电池的_____（填“正”或“负”）极，其电极反应式为__________；
②25℃时，用此电池以石墨作电极电解0.5 L饱和食盐水（足量），若两极生成的气体共1．12 L（已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH为_____（忽略溶液体积的变化）。
(14分)氮的氢化物NH3、N2H4等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(l) △H1
②4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(l) △H2
则反应 4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l) △H＝ 。(请用含有△H1、△H2的式子表示)
（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N2和9 mol H2在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：
| 温度(K) |
平衡时NH3的物质的量(mol) |
| T1 |
2．4 |
| T2 |
2．0 |
已知：破坏1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量。
①则T1 T2(填“>”、“<”或“=”)
②在T2 K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H2的平均速率v(H2)= ，平衡时N2的转化率α(N2)= 。
③下列图像分别代表焓变(△H)、混合气体平均相对分子质量(
)、N2体积分数φ(N2)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是 。
（3）某N2H4(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。
①M区发生的电极反应式为 。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N2H4的质量为 g(假设溶液电解前后体积不变)。
“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）CO2的电子式为： 。
（2）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：（系数按顺序填在答题卷上）
___ C+ ___ KMnO4+ ____ H2SO4 ＝ ____CO2↑+ ____MnSO4 + ____K2SO4+ ____H2O
（3）甲醇是一种新型燃料，工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+ 2H2（g）
CH3OH（g） △H1＝－116 kJ·mol-1
已知：
△H2＝－283 kJ·mol-1
△H3＝－242 kJ·mol-1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气时的热化学方程式为 ；
（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的燃料电池装置。
①该电池负极的电极反应为： 。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为 。
（5）在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系。利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下 CO（g）+ 2H2（g）
CH3OH（g）的平衡常数K = 。
（6）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10-5 mol/L ，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为 。
镁是海水中含量较多的金属，镁合金及其镁的化合物用途非常广泛。
（1）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如下图所示：
该电池的正极反应式为 。
（2）Mg2Ni是一种储氢合金，已知：
Mg(s) + H2(g)
MgH2(s) △H1＝－74．5kJ·mol－1
Mg2Ni(s) + 2H2(g)Mg2NiH4(s) △H2＝－64．4kJ·mol－1
Mg2Ni(s)+2MgH2(s)2Mg(s)+Mg2NiH4(s)的△H3＝ 。
（3）一种用水氯镁石(主要成分为MgCl2·6H2O)制备金属镁工艺的关键流程如下：
①为探究MgCl2•6H2O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl2•6H2O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X-射线衍射谱图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。
测得E中Mg元素质量分数为60．0%，则E的化学式为 。
②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为 。
（4）储氢材料Mg(AlH4)2在110~200°C的反应为：Mg(AlH4)2MgH2 +2A1+3H2↑每生成27gAl转移电子的物质的量为_______________。
（1 6分）钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO2、
Al2O3及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：
部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：
请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是 （写化学式）。
（3）反应④的离子方程式为
（4）250C、101 kPa时,
用V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是 。
（5）钒液流电池（如图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H+通过。电池放电时负极的电极反应式为 ，电池充电时阳极的电极反应式是 。
（6）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2 VO2++ H2C2O4+2 H+="2" VO2++2CO2↑+2H2O，取25.00 mL 0.1000 mol/L H2C2O4标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(V02)2S04溶液中钒的含量为 g/L。
(16分)天然气在生产、生活中具有广泛的应用。
（1）CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g) △H="-162" kJ·mol-1。其他条件相同，实验测得在T1和Pl与T2和P2条件下该反应的H2平衡转化率相同，若T1> T2、则Pl ____P2 (填“>”“<”或“=”)，平衡常数K1______K2(填“>” “<”或“=”)。
（2）另一合成CH4的原理：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。某温度时将0．1molCO和0.3mol H2充入10L的密闭容器内，l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0．0009mol·L-1·min-1，则H2的平衡转化率为______，该温度下反应的平衡常数为___________mol-2·L2。
（3）某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理，设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，乙池中盛有1L lmo1·L-1CuSO4溶液。a电极通入的气体为CH4，其电极反应式是______，b电极的现象为______。一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则在这段时间内转移电子的物质的量为________mol。
(17分)金属作为一种能源受到越来越多的关注。
（1）起始阶段，金属主要作为燃料的添加剂。如航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料，加热铝粉使其氧化并放出大量热量，促使混合物中另一种燃料分解：4NH4ClO4
6H2O↑+2N2↑+4HCl↑+5O2↑，在该反应中还原产物与氧化产物的物质的量比为_______，每有1molNH4ClO4分解，转移电子的物质的量为__________。
（2）随着研究的深入，金属燃料直接作为能源出现。
①铁和铝的燃烧可以提供大量能量。
已知：4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s) △H 1；3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s) △H 2
则相同质量的铝和铁完全燃烧，铝提供能量是铁提供能量的_____倍(用△H 1和△H 2表示)。
②关于金属燃料的下列说法错误的是________
a．较易控制金属燃烧后产物，减少对环境的污染
b．镁可以通过与二氧化碳的反应，达到既节能又减碳的效果
c．将金属加工为纳米金属时，表面积增大更容易燃烧
d．电解法冶炼镁铝的技术比较成熟，制取的镁铝可作为燃料用于发电
（3）相比金属燃料来讲，将金属中的化学能转化为电能在现在得到了更为广泛的应用。
①下图为某银锌电池的装置图，则该装置工作时，负极区pH______(填“增大”、“减小”或“不变)，正极反应式为__________________。
②一种新型电池是以Li2FeSiO4、嵌有Li的石墨为电极，含Li+的导电固体为电解质，放、充电的总反应式可表示为Li+LiFeSiO4
Li2FeSiO4。放电时，Li+向________(填“正”或“负”)极移动；充电时，每生成1mol LiFeSiO4转移_________mol电子。
一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO2还原为单质硫。已知：
2CO(g)+O2(g)
2CO2(g) △H1＝－566.0kJ·mol-1；
S(s)+O2(g)SO2(g) △H2＝－296.0kJ·mol-1；
请写出CO还原SO2的热化学方程式______ 。
（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)，已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为____，H2的平均生成速率为 mol·L-1min-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为____反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图
电池总反应为：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，则c电极是 （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为 。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的____极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标况下的体积为 L。
铁及其化合物有着广泛用途。
（1）将饱和三氯化铁溶液滴加至沸水中可制取氢氧化铁胶体，写出制取氢氧化铁胶体的化学方程式 。
（2）含有Cr2O72-的废水有毒，对人畜造成极大的危害，可加入一定量的硫酸亚铁和硫酸使Cr2O72-转化为Cr3+，该反应的离子方程式为 。然后再加入碱调节溶液的pH在6-8 之间，使Fe3+和Cr3+转化为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀而除去。
（3）铁镍蓄电池又称爱迪生蓄电池，放电时的总反应为Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2，充电时阳极附近的pH (填：降低、升高或不变)，放电时负极的电极反应式为 。
（4）氧化铁是重要的工业原料，用废铁屑制备氧化铁流程如下：
①铁屑溶于稀硫酸温度控制在50～800C的主要目的是 。
②写出在空气中煅烧FeCO3的化学方程式为 。
③FeCO3沉淀表面会吸附S042-,需要洗涤除去。
洗涤FeCO3沉淀的方法是 。
判断沉淀是否洗净的方法是 。
SO2、NO2、可吸人颗粒物是雾霾的主要组成。
（1）SO2可用氢氧化钠来吸收。现有0.4 molSO2，若用200 mL，3mol·L—1NaOH溶液将其完全吸收，生成物为 （填化学式）。经测定所得溶液呈酸性，则溶液中离子浓度由大到小的顺序为 。
（2）CO可制做燃料电池，以KOH溶液作电解质，向两极分别充入CO和空气，工作过程中，负极反应方程式为： 。
（3）氮氧化物和碳氧化物在催化剂作用下可发生反应：2CO+2NO
N2+2CO2，在体积为0.5L的密闭容积中，加入0.40mol的CO和0.40 mol的NO，反应中N2的物质的量浓度的变化情况如图所示，从反应开始到平衡时，CO的平均反应速率υ(CO)= 。
（4）用CO2合成二甲醚的化学反应是：2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H>0。
合成二甲醚时，当氢气与二氧化碳的物质的量之比为4︰1，CO2的转化率随时间的变化关系如图所示。
①A点的逆反应速率υ逆(CO2) B点的正反应速率为υ正(CO2)（填“>”、“<”或“="）。
②氢气的平衡转化率为 。
（5）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料，它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨在燃烧实验中相关的反应有：
4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1) △H1 ①
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(1) △H2 ②
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(1) △H3 ③
请写出上述三个反应中△H1、△H2、△H3三者之间关系的表达式，△H1= 。
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