甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。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

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甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。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
（1）下列有关上述反应的说法正确的是________。
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b．一定条件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c．保持容器体积不变，升高温度可提高CO的转化率
d．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH₃OH的产量
（2）在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃、270℃三种温度下合成甲醇的规律。右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。

①在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是。
②利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K （写出计算过程）。
③在答题卡相应位置上画出：上述反应达到平衡后，减小体系压强至达到新的平衡过程中，正逆反应速率与时间的变化关系图并标注。

（3）已知：CO(g)+

O₂(g)=CO₂(g) △H₂=－283 kJ·mol^－1
H₂(g)+

O₂(g)=H₂O(g) △H₃=－242 kJ·mol^－1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO₂和水蒸气时的热化学方程式为。

答案

（16分）
（1）①a（2分）
②（5分）解：根据图像可知CO的转化率为50%，H₂的物质的量为1.5mol，则：
CO(g)+2H₂(g)

CH₃OH(g)
各组分的起始浓度/ mol·L^－1   1      1.5       0
各组分的变化浓度/ mol·L^－1 0.5      1       0.5
各组分的平衡浓度/ mol·L^－1 0.5     0.5       0.5（2分）
K=

=4L²•mol^—2
（3分，K的表达式、代入数据、结果各1分，不带单位不扣分）
③

共4分，分两个给分点：①逆反应速率变化曲线正确，而且标注正确，给2分（曲线起点或曲线平台或标注3要素，3个正确给2分，2个正确给1分，1个正确给0分。）；②正反应速率变化曲线正确，而且标注正确，给2分（曲线起点或曲线平台或标注3要素，3个正确给2分，2个正确给1分，1个正确给0分。）
（3）CH₃OH(g)+3/2O₂(g)

CO₂(g)+2H₂O(g) △H=—651kJ•mol^—1
（3分，方程式含状态正确1分、反应热2分，单位错漏扣1分）

解析

试题分析：（1）由于CO(g)+2H₂(g)

CH₃OH(g)的正反应是气体物质的量减小的方向，随着反应的正向进行，容器内气体总的物质的量逐渐减小，因此恒温、恒容条件下，容器内的压强逐渐减小，当压强不再变化，说明容器内气体总的物质的量保持不变，反应达到平衡，故a正确；氢气的消耗速率和CO得消耗速率都是正反应速率，它们之比始终等于系数之比，缺少逆反应速率，故b错；CO(g)+2H₂(g)

CH₃OH(g)；△H₁=－116 kJ·mol^－1，说明正反应是放热反应，升高温度平衡向吸热或逆反应方向移动，则CO的转化率减小，故c错；催化剂不能使平衡移动，可以加快反应速率，因此使用催化剂能缩短达到平衡的时间，但是不能提高CH₃OH的产量，故d错；（2）①合成甲醇方向是放热反应，升高温度平衡向吸热或逆反应方向移动，CO的平衡转化率减小，则CO的转化率越小，反应温度越高，图中n(H₂)/n(CO)保持不变时，CO的平衡转化率：X>Y>Z，则曲线Z对应的温度是270℃；②读图可得，a点的横坐标n(H₂)/n(CO)=1.5，纵坐标CO的平衡转化率为50%，设起始时n(CO)=1mol，则n(H₂)=1.5mol，则：
CO(g)+2H₂(g)

CH₃OH(g)
各组分的起始浓度/ mol·L^－1   1      1.5       0
各组分的变化浓度/ mol·L^－1 0.5      1       0.5
各组分的平衡浓度/ mol·L^－1 0.5     0.5       0.5
K=

=4L²•mol^—2
③画图要点：a．由于CO(g)+2H₂(g)

CH₃OH(g)的正反应是气体体积减小的方向，增大容器体积减小体系压强时，平衡向气体体积增大或逆反应方向移动，则逆反应速率大于正反应速率；b．由于反应物和生成物均随容器体积增大而减小，则正反应速率和逆反应速率均明显减小；c．达到新平衡之前，逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，因为平衡向逆反应方向移动，生成物浓度逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，但都比原平衡的小；d．达到新平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，但都比原平衡的小；（3）先将已知两个热化学方程式编号为①②③，再根据盖斯定律，由②+③×2—①可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g)

CO₂(g)+2H₂O(g) △H=—651kJ•mol^—1。

举一反三

乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为：
2CO(g) + 4H₂(g)

CH₃CH₂OH(g) + H₂O(g) △H =" —256.1" kJ·mol^－¹
已知：CO(g) + H₂O(g)

CO₂(g)+H₂(g) △H=" —41.2" kJ·mol^－¹
（1）以CO₂(g)与H₂(g)为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：
2CO₂(g) +6H₂(g)

CH₃CH₂OH(g) +3H₂O(g) △H = 。
（2）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。
①某研究小组在实验室以Ag– ZSM– 5为催化剂，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如下图。若不使用CO，温度超过800℃，发现NO的转化率降低，其可能的原因为；在n(NO)/n(C O)=1的条件下，应控制的最佳温度在左右。

②用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C (s) +2NO₂(g)

N₂ (g) + CO₂ (g)。某研究小组向某密闭容器中加人足量的活性炭和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	1.00	0	0
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

I．根据表中数据，求反应开始至20min以v(NO)表示的反应速率为 (保留两位有效数字)，T₁℃时该反应的平衡常数为 (保留两位有效数字)。
II．30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是。下图表示CO₂的逆反应速率[v_逆(CO₂)]随反应时间的变化关系图。请在图中画出在30min改变上述条件时，在40min时刻再次达到平衡的变化曲线。

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氢是一种理想的绿色清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。利用FeO/Fe₃O₄循环制氢，已知：
H₂O(g)+3FeO(s)

Fe₃O₄(s)+4H₂(g) △H=akJ/mol （I）
2Fe₃O₄(s)

6FeO(s)+O₂(g) △H=bkJ/mol （II）
下列坐标图分别表示FeO的转化率（图-1 )和一定温度时，H₂出生成速率[细颗粒(直径0.25 mm)，粗颗粒(直径3 mm)](图-2)。

（1）反应：2H₂O(g)=2H₂(g)+O₂(g)  △H=          (用含a、b代数式表示)；
（2）上述反应b＞0，要使该制氢方案有实际意义，从能源利用及成本的角度考虑，实现反应II可采用的方案是：                                           ；
（3）900°C时，在两个体积均为2.0L密闭容器中分别投人0.60molFeO和0.20mol H₂O(g)甲容器用细颗粒FeO、乙容器用粗颗粒FeO。
①用细颗粒FeO和粗颗粒FeO时，H₂生成速率不同的原因是：               ；
②细颗粒FeO时H₂O(g)的转化率比用粗颗粒FeO时H₂O(g)的转化率           （填“大”或“小”或“相等”）；
③求此温度下该反应的平衡常数K（写出计箅过程，保留两位有效数字）。
（4）在下列坐标图3中画出在1000°C、用细颗粒FeO时，H₂O(g)转化率随时间变化示意图（进行相应的标注）。

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合成氨然后再生产尿素是最重要的化工生产。
I．在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：
3H₂(g) + N₂(g)

2NH₃(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：

容器

甲

乙

丙

反应物投入量

3 mol H₂、2 mol N₂

6 mol H₂、4mol N₂

2 mol NH₃

达到平衡的时间/min

平衡时N₂的浓度/mol·L^－1

c₁

1.5

NH₃的体积分数

ω₁

ω₃

混合气体密度/g·L^－¹

ρ₁

ρ₂

（1）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v(H₂)=___________。
（2）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K= (用含c₁的代数式表示)。
（3）分析上表数据，下列关系正确的是________（填序号）：
a．2c₁ > 1.5 b．2ρ₁= ρ₂ c．ω₃= ω₁
II．工业上用氨气合成尿素（H₂NCONH₂）的反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH₃(l)＋CO₂(g)

H₂NCOONH₄ (l) (氨基甲酸铵) △H1
第二步：H₂NCOONH₄(l)

H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l) △H2
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如左下图I所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第    步反应决定。
②第二步反应的平衡常数K随温度T的变化如右上图II所示，则△H2            0；③若第一步反应升温时氨气浓度增大，请在图II中画出第一步反应K₁随温度T变化曲线，并作出必要的标注。
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工业尾气中的NO、NO₂，将其转化为N₂。
①尿素与NO、NO₂三者等物质的量反应为：CO(NH₂)₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O
该反应中的氧化剂为                   （写化学式）。
②已知：N₂(g)+O₂(g)= 2NO(g)   △H ="a" kJ·mol^－¹
N₂(g)+3H₂(g)= 2NH₃(g) △H₂="bkJ·" kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(g) △H=" c" kJ·mol^－1
则4NH₃(g) +4NO(g) +O₂(g)= 4N₂(g)+6H₂O(g) △H=             。
③尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极电极反应式可表示为                      。

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目前工业合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)

2NH₃(g) △H=－93.0kJ /mol；另据报道，一定条件下：2N₂(g)+6H₂O(l)

4NH₃(g)+3O₂(g) △H=" +1530.0kJ" /mol。
（1）氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。
（2）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是。

A．气体体积不再变化，则已平衡

B．气体密度不再变化，尚未平衡

C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动

D．平衡后，压缩装置，生成更多NH₃

（3）在恒温恒容装置中进行合成氨反应，各组分浓度-时间图像如下。

① 表示N₂浓度变化的曲线是        。
② 前25 min 内，用H₂浓度变化表示的化学反应速率是                。
③ 在25 min末刚好平衡，则平衡常数K =           。
（4）在第25 min 末，保持其它条件不变，升高温度，在第35 min末再次平衡。平衡移动过程中H₂浓度变化了1.5 mol·L^－¹，在图中画出第25 min ～ 40 min NH₃浓度变化曲线。
（5）已知常温下，NH₄⁺的水解常数为1.0×10^－⁹，则0.1mol/L NH₄Cl溶液pH=           。（忽略NH₄⁺水解对NH₄⁺浓度的影响）

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I．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。工业上可用下列两种反应制备甲醇：
已知：CO(g) + 2H₂(g)

CH₃OH(g) ΔH₁
CO₂(g) ＋ 3H₂(g)

CH₃OH(g) + H₂O(g) ΔH₂
2H₂(g)+ O₂(g)=2H₂O(g) ΔH₃
则2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g) 的反应热ΔH=____ ___（用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示）。
II．工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH₄(g)+H₂O(g)

CO(g)+3H₂(g)。
已知温度、压强和水碳比[n(H₂O)/ n(CH₄)]对甲烷平衡含量的影响如下图：

图1（水碳比为3）                        图2（800℃）
（1）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是                            。
（2）其他条件不变，请在图2中画出压强为2 MPa时，CH₄平衡含量与水碳比之间关系曲线。（只要求画出大致的变化曲线）
（3）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在1L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，求这6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字。）
III．某实验小组设计如图a所示的电池装置，正极的电极反应式为____                     ____。

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