(10分)能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：反应I： CO(g)＋2H

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(10分)能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I： CO(g)＋2H₂(g)

CH₃OH(g) ΔH₁
反应II：CO₂(g)＋3H₂(g)

CH₃OH(g) + H₂O(g) ΔH₂
①上述反应符合“原子经济”原则的是（填“I”或“Ⅱ”）。
②下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断ΔH₁ 0（填“＞”、“＝”或“＜”）。
③某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝0.2mol／L，则CO的转化率为。
（2）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置。

① 该电池正极的电极反应为。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的离子方程式为。

答案

（1）① I ②＜③ 80%
（2）① O₂ +2H₂O +4e^- = 4OH^- ② 2CH₃OH +3O₂ +4OH^-= 2CO₃^2- + 6H₂O

解析

（1）①根据反应式可知，反应I中反应物全部进入甲醇中，所以符合原子经济性原则。
②根据数据可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐减小，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应。
③平衡时CO是0.2mol／L×2L＝0.4mol，则消耗CO是2mol－0.4mol＝1.6mol，所以CO的转化率是1.6÷2.0×100％＝80％。
（2）①原电池中正极是得到电子的，所以氧气在正极通入，则正极反应式为O₂ +2H₂O +4e^- = 4OH^-。
②负极失去电子，即甲醇在负极通入，甲醇的氧化产物是碳酸钾，所以总反应式为2CH₃OH +3O₂ +4OH^-= 2CO₃^2- + 6H₂O。

举一反三

（本题共8分）
水煤气法制甲醇工艺流程框图如下

(注:除去水蒸气后的水煤气含55～59%的H₂，15～18%的CO，11～13%的CO₂，少量的H₂S、CH₄，除去H₂S后，可采用催化或非催化转化技术，将CH₄转化成CO，得到CO、CO₂和H₂的混合气体，是理想的合成甲醇原料气，即可进行甲醇合成)
（1）制水煤气的主要化学反应方程式为：C（s）+H₂O（g）

CO（g）+H₂（g），此反应是吸热反应。①此反应的化学平衡常数表达式为；
②下列能提高碳的平衡转化率的措施是。

A．加入C（s）

B．加入H₂O（g）

C．升高温度

D．增大压强

（2）将CH₄转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：
CH₄(g)+3/2O₂(g)

CO (g)+2H₂O (g) +519KJ。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件相同）
① X在T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
② Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
③ Z在T₃℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；
已知：T₁＞T₂＞T₃，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是（填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是。
（3）合成气经压缩升温后进入10m³甲醇合成塔，在催化剂作用下，进行甲醇合成，主要反应是：2H₂(g) + CO(g)

CH₃OH(g)+181.6kJ。T₄℃下此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中加入CO、H₂，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	H₂	CO	CH₃OH
浓度/（mol·L^－¹）	0.2	0.1	0.4

①比较此时正、逆反应速率的大小：v_正        v_逆（填“>”、“<”或“＝”)。
②若加入同样多的CO、H₂，在T₅℃反应，10 min后达到平衡，此时c(H₂)＝0.4 mol·L^－¹、c(CO)＝0.7 mol·L^－¹、则该时间内反应速率v(CH₃OH) ＝            mol·(L·min)^－¹。
（4）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是                                  。

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A、B、C、D、E五种物质是由常见元素组成，A由两种元素组成，且A中两种元素的质量比为7∶8。A和B在高温条件下反应生成C和D，C为无色气体，在标准状况下的密度约为2.86g∙L^－¹。以A为原料生产E。

⑴写出A的化学式：
⑵A和B的反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比为      ，
⑶某人设想用右图所示装置利用电化学原理生产E，则N电极是　   极；写出M电极的电极反应式：                      。
⑷当图中的C与O₂被活性炭吸附时，也能发生反应生成F，为研究此反应，将C和O₂放入体积为2L的恒容密闭容器中，在500℃时发生反应，反应过程中的能量变化如下图所示，反应物物质的量和时间的变化如下表所示：

①该反应的ΔH      0反应从起始至2min内的平均反应速率v(C)＝              ；
500℃时，此反应化学平衡常数K的值为                  。
②第6min时，向容器中再充入0.002molO₂，同时将反应体系的温度改变为T，反应至10min时重新达到平衡，此时测得c(C)＝0.006mol∙L^－¹，则温度T     （填“＞”或“＜”）500℃。

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（19分）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注。
（1）N₂O₅与苯发生硝化反应生成的硝基苯的结构简式是______________。
（2）一定温度下，在恒容密闭容器中N₂O₅可发生下列反应：2N₂O₅(g)

4NO₂(g)＋O₂(g)；ΔH＞0
①反应达到平衡后，若再通入一定量氮气，则N₂O₅的转化率将______（填“增大”、“减小”、“不变”）。
②下表为反应在T₁温度下的部分实验数据：

t/s	0	500	1000
c(N₂O₅)/mol·L^－¹	5.00	3.52	2.48

则500 s内N₂O₅的分解速率为________________。
③在T₂温度下，反应1000 s时测得NO₂的浓度为4.98 mol·L^－¹，则T₂________T₁。（填>、<或＝）
（3）如右图所示装置可用于制备N₂O₅，则N₂O₅在电解池的______区生成，其电极反应式为_______。

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下列表述正确的是（）

A．水晶是无色透明的晶体，可用制作硅太阳能电池

B．配制0.1 mol/LNaCl溶液，若定容时俯视，则所得溶液浓度偏小（其它操作均正确）

C．向纯水中加入盐酸或氢氧化钠都能使水的电离平衡逆向移动，水的离子积不变

D．已知：(NH₄)₂CO₃(s)=NH₄HCO₃(s)+NH₃(g) △H="+74.9" kJ·mol^-1，因此该反应一定不能自发进行

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CO₂、SO₂、NOx 是对环境影响较大的气体，控制和治理CO₂、SO₂、NOx 是解决温室效应、减少酸雨和光化学烟雾的有效途径。
（1）下列措施中，有利于降低大气中的CO₂、SO₂、NOx 浓度的有（填字母）
a．减少化石燃料的使用，开发新能源
b．使用无氟冰箱，减少氟里昂排放
c．多步行或乘公交车，少用专车或私家车
d．将工业废气用碱液吸收后再排放
（2）为了降低汽车尾气对大气的污染，有关部门拟用甲醇替代作为公交车的燃料。写出用合成气(CO和H₂)生产甲醇的化学方程式，已知该反应合成1 mol液态甲醇吸收热量131.9 kJ， 2H₂ (g) + CO(g) + 3/2O₂g) =CO₂ (g) +2H₂0 (g) △H =－594.1 kJ·mol－1，请写出液态甲醇燃烧生成二氧化碳和水蒸气的热化学方程式。
（3）有人设想以下图所示装置用电化学原理将CO₂、SO₂转化为重要化工原料。

若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，则通入CO₂的一极为极；若A为SO₂_，B为O₂，C为H₂SO₄。则负极的电极反应式为；
（4）①在研究氮的氧化物的转化时，某小组查阅到以下数据：17℃、1.01×105 Pa时，
2NO₂(g)

  N₂O₄(g)  △H <0的平衡常数 K＝13.3，则该条件下密闭容器中N₂O₄和NO₂的混合气体达到平衡时，若 c (NO₂) =" 0.0300" mol·L－1，
c (N₂O₄)＝                （保留两位有效数字）；
②改变上述体系的某个条件，达到新的平衡后，测得混合气体中 c (NO₂₎ =" 0.04" mol·L－1， c (N₂O₄) =" 0.007" mol·L－1，则改变的条件为                       ；

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