高中化学选修四专题
选修4------- 化学变化中的能量变化
化学反应速率与化学平衡
1.氨为重要的化工原料，有广泛用途。
(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取：
a．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋216.4 kJ·mol－1
b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
则反应CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)ΔH＝________。
(2)起始时投入氮气和氢气的物质的量分别为1 mol、3 mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图。
①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是________(填序号)。
A．N2和H2的转化率相等B．反应体系密度保持不变
C.c（H2）
c（NH3）保持不变 D.
c（NH3）
c（N2）
＝2
②p1________(填“>”、“<”、“＝”或“不确定”，下同)p2；反应的平衡常数：B 点________D点。
③C点H2的转化率为________；在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率：v(A)________v(B)。
(3)N2H4可作火箭推进剂，NH3和NaClO在一定条件下反应可生成N2H4。
①写出NH3和NaClO反应生成N2H4的化学方程式
_________________________________________________________。
2.二氧化碳是用途非常广泛的基础化工原料，回答下列问题：
(1)工业上可以用CO2来生产燃料甲醇。
已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH＝－131.0 kJ·mol－1；
H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8 kJ·mol
－1
CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝________。
(2)在催化剂作用下，CO2和CH4可以直接转化为乙酸：
CO2(g)＋CH4(g)===CH3COOH(g)ΔH＝＋36.0 kJ·mol－1。
在不同温度下乙酸的生成速率变化如图所示。
①当温度在250 ℃～300 ℃范围时，乙酸的生成速率减慢的主要原因是_________________________________________________________，
当温度在300 ℃～400 ℃范围时，影响乙酸生成速率的主要因素是____________________________________________________。
②欲使乙酸的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强
(3)高温下，CO2与足量的碳在密闭容器中实现反应：
C(s)＋CO2(g)2CO(g)。
①向容积为1 L的恒容容器中加入0.2 mol CO2，在不同温度下达到平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图所示。则该反应为________(填“放热”或“吸热”)反应，某温度下，若向该平衡体系中再通入0.2 mol CO2，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动，达到新平衡后，体系中CO的百分含量________(填“变大”“变小”或“不变”)。
②向压强为p、体积可变的恒压容器中充入一定量CO2，650 ℃时反应达到平衡，
CO 的体积分数为40.0%，则CO 2的转化率为________。气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡
常数(记作K p )，此温度下，该反应的化学平衡常数K p ＝________(用含p 的代数式表示)，若向平衡体系中再充入V (CO 2)∶V (CO)＝5∶4的混合气体，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
3.航天员呼吸产生的CO 2用下列反应处理，可实现空间站中O 2的循环利用。 Sabatier 反应：CO 2(g)＋4H 2(g)CH 4(g)＋2H 2O(g)
电解水反应：2H 2O(l)=====通电2H 2(g)＋O 2(g)
(1)将原料气按n (CO 2)∶n (H 2)＝1∶4置于5 L 恒容密闭容器中发生Sabatier 反应(整个过程不再充入任何物质)，其他条件相同时，测得φ(H 2O)与温度的关系如图所示(虚线表示平衡曲线)。
①400 ℃以上，上述体系中反应的平衡常数K 随φ(H 2O)降低而________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
②温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是_________________ ___________________________________________________。
③Sabatier 反应产生的CH 4可用于消除空间站中NO x (NO 和NO 2的混合气体)的污染，实验测得相同状况下25 mL CH 4可反应掉80 mL NO x ，则氮氧化物中NO 和NO 2的体积比为________。
(2)Sabatier 反应在空间站进行时，下列措施能提高CO 2平衡转化率的是________(填标号)。
a ．增大催化剂的比表面积
b ．反应器前段加热，后段冷却
c．提高原料气中CO2所占比例
(3)500 ℃时，在恒压容器中充入1 mol CO2、4 mol H2，初始体积为5 L，经过5 min 达到平衡，α(CO2)＝75%，则该温度下，Sabatier反应的平衡常数K＝________。(保留三位有效数字)
(4)一种新的循环利用方案是用Bosch反应代替Sabatier反应。
①经测定：Bosch反应平衡体系中，除生成了碳单质且φ(CH4)＝0外，其他所含物质及其聚集状态与Sabatier反应体系中相同。已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为－394 kJ·mol－1、－242 kJ·mol－1(生成焓指一定条件下由对应单质生成1 mol 化合物时的焓变)。写出Bosch反应的热化学方程式：________________
______________________________________________________。
②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动，原因是
________________________________________________________；
若使用催化剂，在较低温度下反应就能启动。
4.燃煤产生的烟气中含有较多的CO2、CO、SO2等影响环境的气体。如何综合利用这些气体一直是科研单位研究的热点。
(1)已知：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH1
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2
2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH3
用ΔH2、ΔH3表示ΔH1，ΔH1＝________。
(2)针对CO2与H2反应转化为二甲醚(g)和H2O(g)，研究发现，该反应中CO2的平衡转化率随反应温度、投料比[n(H2)/n(CO2)]的变化曲线如图：
①ΔH1________(填写“>”或“<”)0。
②若其他条件不变，仅仅增大压强，则逆反应速率会________(填写“增大”‘减小”或“不变”，下同)，平衡常数K会________。
③在其他条件不变时，请在图中画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比[n(H2)/n(CO2)]变化的曲线图。
(3)研究发现，催化剂可以促使烟气CO、SO2转化为CO2、S。反应原理为：2CO(g)＋SO2(g)2CO2(g)＋S(l)ΔH＝－270 kJ·mol－1。
①其他条件相同，研究发现，分别选取Fe2O3、NiO、Cr2O3作上述反应的催化剂时，SO2的转化率随反应温度的变化如图，研究得出，应该选择Fe2O3作催化剂，主要原因可能是：_________________________________________。
②若在2 L恒容密闭容器中，将3 mol CO、1 mol SO2混合，在一定条件下引发反应，当SO2的平衡转化率为40%时，此时K＝________。
③向反应容器中再分别通入下列气体，可以使SO2转化率增大的是________(填写编号)。
A．CO B．SO2C．N2D．H2S E．CO2
5.甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
① CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1＝－90.7 kJ·mol－1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2＝－23.5 kJ·mol－1
③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.2 kJ·mol－1
回答下列问题：1)则反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)反应②达平衡后采取下列措施，能提高CH3OCH3产率的有________(填字母)。A．加入CH3OH B．升高温度C．增大压强
D．移出H2O E．使用催化剂
(3)以下说法能说明反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的有________。
A．H2和CO2的浓度之比为3∶1
B．单位时间内断裂3个H—H同时断裂1个C===O
C．恒温恒容条件下，气体的密度保持不变
D．恒温恒压条件下，气体的平均摩尔质量保持不变
E．绝热体系中，体系的温度保持不变
(4)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：
已知：气体分压(p
分)＝气体总压(p
总
)×体积分数。
①该反应ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0，550 ℃时，平衡后若充入惰性气体，平衡________(填“正移”“逆移”或“不移动”)。
②650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为________(保留2位有效数字)。
③T时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K p＝________p总。