Question

【題目】（14分）發展潔凈煤技術、利用CO2制備清潔能源等都是實現減碳排放的重要途徑。

（1）將煤轉化成水煤氣的反應：C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反應體系中加入催化劑（其他條件保持不變），此反應的△H________（填“增大”、“減小”或“不變”），判斷的理由是________。

（2）CO2制備甲醇：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH＝-49.0kJ·mol-1，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測得CO2（g）和CH3OH（g）濃度隨時間變化如右圖所示。

①該反應化學平衡常數K的表達式是________。

②0~9min時間內，該反應的平均反應速率ν（H2）=________。

③在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時，此反應達平衡時放出的熱量（Q）可能是________（填字母序號）kJ。

a.0<Q<29.5

B．29.5<Q<36.75

C．36.75<Q<49

D．49<Q<98

④在一定條件下，體系中CO2的平衡轉化率（α）與L和X的關系如右圖所示，L和X分別表示溫度或壓強。

X表示的物理量是。判斷L1與L2的大小關系。

（3）科學家用氮化鎵材料與銅組裝如右圖的人工光合系統，利用該裝置成功地實現了以CO2和H2O合成CH4．

寫出銅電極表面的電極反應式，為提高該人工光合系統的工作效率，可向裝置中加入少量（選填“鹽酸”或“硫酸”）．

（4）利用CO2和NH3為原料也合成尿素，在合成塔中的主要反應可表示如下：

反應①:2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）△H1=__________________

反應②:NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ·mol-1

總反應:2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ·mol-1;

則反應①的△H1=_______________。

（5）現將amol鐵和bmol銅的混合物與含有cmolHNO3的稀溶液充分反應，設還原產物為NO。下列結論不正確的是（填序號）

A．若剩余金屬0.5amol，則氧化產物為一種或二種

B．若只有一種氧化產物，則3c=8a

C．若有二種氧化產物，被還原的硝酸物質的量為0.25cmol

D．若有三種氧化產物，被還原的硝酸物質的量為0.25cmol

Answer 1

【答案】（1）不變（2）①0.25mol·L-1·min-1②c③溫度L1>L2

（3）CO2+8H++8e-=CH4+2H2O硫酸；

（4）－159.47kJ/mol（5）BC

【解析】

試題分析：（1）將煤轉化成水煤氣的反應：C（s）+H2OCO（g）+H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反應體系中加入催化劑（其他條件保持不變），催化劑改變反應速率不改變化學平衡，不改變反應焓變，此反應的△H不變；

（2）①依據圖像讀取甲醇生成濃度，結合反應速率概念計算甲醇的反應速率＝0.75mol/L÷9min，反應速率之比等于化學方程式計量數之比，V（H2）＝3V（CH3OH（g）＝3×0.75mol/L/9min＝0.25mol/（Lmin）；

②CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＝-49.0kJmol-1，反應達到平衡狀態消耗二氧化碳物質的量濃度＝1mol/L-0.25mol/L＝0.75mol/L，物質的量為0.75mol，反應放出熱量＝49kJ/mol×0.75mol＝36.75kJ，反應焓變是指1mol二氧化碳和3mol氫氣完全反應放出的熱量為49kJ，反應是可逆反應，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，反應放熱一定小于49kJ，在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時，壓強增大，平衡正向進行，反應放出熱量會增多，大于36.75kJ，則36.75＜Q＜49，答案選c；③CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＝-49.0kJmol-1，反應是氣體體積減小的放熱反應，i．溫度升高，平衡逆向進行，二氧化碳轉化率減小，所以X為溫度，L為壓強；ii．溫度一定壓強增大平衡正向進行二氧化碳轉化率增大，所以L1＞L2；

（3）根據電子的流向可知銅電極是正極，CO2得到電子轉化為甲烷，則正極反應式為CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；由于鹽酸易揮發，生成的甲烷中會混有HCl氣體，所以選用硫酸，不用鹽酸；

（4）已知：反應②:NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ·mol-1

③:2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ·mol-1

則根據蓋斯定律可知③－②即得到反應①:2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）的△H1=－159.47kJ/mol；

（5）A、若剩余金屬0.5amol，該金屬可能為鐵或銅，若為鐵，則溶質為硝酸亞鐵，若為銅，則氧化產物可能為硝酸亞鐵和硝酸銅，A正確；B、若只有一種氧化產物，說明鐵過量，銅沒有參與反應，反應后溶質為硝酸亞鐵，但是amol鐵不一定完全反應，無法確定a與c的關系，B錯誤；C、若只有二種氧化產物，氧化產物可能為硝酸亞鐵和硝酸銅或硝酸銅和硝酸鐵，硝酸可能過量，稀硝酸不一定完全反應，則無法計算被還原的硝酸的量，C錯誤；D、若有三種氧化產物，氧化產物為硝酸銅、硝酸鐵和硝酸亞鐵，說明硝酸完全反應，根據反應3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O、3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O、Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，被還原的硝酸的物質的量為cmol×1/4＝0.25cmol，D正確；答案選BC。