當(dāng)前位置： 2022-2023學(xué)年浙江省杭州市周邊四校高二（上）期末化學(xué)試卷> 試題詳情

合成氣（CO+H₂）在煤化工和天然氣化工中有著十分重要的地位，由合成氣可合成多種有機基礎(chǔ)原料和產(chǎn)品。
（1）煤化工中生產(chǎn)合成氣的反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）ΔH=+131.5kJ?mol^-1。
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為
K=
c
（
H
2
）
×
c
（
CO
）
c
（
H
2
O
）
K=
c
（
H
2
）
×
c
（
CO
）
c
（
H
2
O
）
，該反應(yīng)在
高溫
高溫
（填高溫或低溫）自發(fā)進行。
②在恒溫恒容下，同時放入C（s）、H₂O（g）、CO（g）、H₂（g）四種物質(zhì)，下列事實能夠說明反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）已達到平衡的是
ACD
ACD
。
A.反應(yīng)體系中，混合氣體的密度不再改變
B.反應(yīng)體系中，CO和H₂的體積分?jǐn)?shù)相等
C.反應(yīng)體系中，當(dāng)有2molH-O鍵斷裂的同時有1molH-H鍵形成
D.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
（2）天然氣化工中生產(chǎn)合成氣的主要反應(yīng)為：2CH₄（g）+O₂（g）?2CO（g）+4H₂（g）ΔH=akJ?mol^-1。在恒容容器中按物質(zhì)的量之比1：2加入一定量的CH₄和O₂，在壓強為1.01×10⁵Pa、不同溫度下測得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示：

①請在圖中畫出壓強為5.05×10⁵Pa時CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線
。
②現(xiàn)有實驗測得反應(yīng)2CH₄（g）+O₂（g）?2CO（g）+4H₂（g）在750℃下，以不同碳氧比[
n
（
CH
4
）
n
（
O
2
）
]投料時反應(yīng)達平衡后CH₄的轉(zhuǎn)化率及H₂、CO的選擇性，所測數(shù)據(jù)如表所示。（已知：選擇性=
目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率
反應(yīng)原料的轉(zhuǎn)化率
）

碳氧比[
n
（
CH
4
）
n
（
O
2
）
] 1：0.25 1：0.5 1：1 1：1.25

CH₄轉(zhuǎn)化率 0.40 0.88 0.98 0.99

H₂選擇性 0.98 0.93 0.67 0.40

CO選擇性 0.99 0.94 0.65 0.32

最佳碳氧比[
n
（
CH
4
）
n
（
O
2
）
]為
1：0.5
1：0.5
。假設(shè)按碳氧比n（CH₄）：n（O₂）=1：1投料，反應(yīng)容器的體積為VL，通入CH₄和O₂各amol,請列式表示平衡時容器內(nèi)H₂的濃度（用a、v的代數(shù)式表示）
2
a
×
0
.
98
×
0
.
67
V
mol/L
2
a
×
0
.
98
×
0
.
67
V
mol/L
。
（3）煤化工可以制取甲醇，甲醇-空氣燃料電池，以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，（電極材料為惰性電極），當(dāng)KOH全部轉(zhuǎn)化為KHCO₃，停止放電，寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式
CH₃OH-6e^-+7OH^-═
HCO
-
3
+5H₂O
CH₃OH-6e^-+7OH^-═
HCO
-
3
+5H₂O
。

【考點】化學(xué)平衡的計算；化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷；轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線．

【答案】K=

（

）

（

）

（

）

；高溫；ACD；菁優(yōu)網(wǎng)

；1：0.5；

mol/L；CH₃OH-6e^-+7OH^-═

HCO

+5H₂O

【解答】

【點評】

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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：74引用：2難度：0.5

相似題

1．工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項重大突破。其合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，△S＜0。

（1）下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說法正確的是

。
A．因為△H＜0，所以該反應(yīng)一定能自發(fā)進行
B．因為△S＜0，所以該反應(yīng)一定不能自發(fā)進行
C．在高溫下進行是為了提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率
D．生產(chǎn)中在考慮動力和設(shè)備材料承受能力的前提下，壓強越大轉(zhuǎn)化率越大
（2）在恒溫恒容密閉容器中進行合成氨的反應(yīng)，下列能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是

。
A．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2
B．N₂百分含量保持不變
C．容器內(nèi)壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
（3）工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如圖1。
請用平衡移動原理來解釋在流程中及時分離出氨氣和循環(huán)使用氣體的原因

。
（4）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對工業(yè)合成氨反應(yīng)的影響。實驗結(jié)果如圖2所示。（圖中T表示溫度）
①圖象中T₂和T₁的關(guān)系是：T₁

T₂。（填“＞，＜或=”，下同）
②a、b、c、d四點所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N₂ 的轉(zhuǎn)化率最高的是

。（填字母）
（5）恒溫下，往一個4L的密閉容器中充入2mol N₂和5.2mol H₂，反應(yīng)過程中對NH₃的濃度進行檢測，得到的數(shù)據(jù)如表所示。

時間/min 5 10 15 20 25 30

c（NH₃）/mol?L^-1 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20

①10min時用N₂表示的平均反應(yīng)速率為

mol/（L?min）^-1，此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

。
②若維持容器體積不變，溫度不變，往原平衡體系中加入N₂、H₂和NH₃各4mol,化學(xué)平衡將向反應(yīng)方向移動

。（填“正”或“逆”）
③已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+181kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol
寫出氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式

。
發(fā)布：2024/11/2 8:0:1組卷：72引用：1難度：0.4
解析
2．硝酸工業(yè)是國民經(jīng)濟的命脈產(chǎn)業(yè)，工業(yè)制硝酸通常是如下過程：
步驟一：氮氣與氫氣合成氨氣；步驟二：氨氣的催化氧化；步驟三：NO的氧化再水化．
請回答下列問題：
（1）對于N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol,滿足如圖1象：
①根據(jù)圖△H₁

0，T₃

T₄．（填“＞”“＜”“=”）
②若溫度為T₁且容積為2L的密閉容器下中，發(fā)生合成氨的反應(yīng)，起始時通入2mol的N₂和6mol的H₂，10分鐘達到平衡狀態(tài)，此時NH₃的體積分?jǐn)?shù)為60%．則0到10min內(nèi)用H₂表示化學(xué)反應(yīng)速率為

mol/（L?min），N₂的轉(zhuǎn)化率為

，反應(yīng)開始和平衡狀態(tài)體系的壓強之比等于

．T₁溫度下平衡常數(shù)K≈

，若升高溫度K值

．（填“增大”“減小”“不變”）
③若第②小問中反應(yīng)體系達到平衡后，再通入1mol N₂和3mol H₂，則H₂轉(zhuǎn)化率

．（填“增大”“減小”“不變”）
④若恒定溫度為T₁，容積為2L，則若開始通入2mol N₂和2mol H₂和2mol的NH₃則反應(yīng)開始時V_正

V_逆（填“＞”“＜”“=”），達到新的平衡狀態(tài)后，再通入2mol N₂，則N₂的轉(zhuǎn)化率

．（填“升高”、“降低”或者“不變”）
⑤對于合成氨的體系中，既可以增大反應(yīng)速率又可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率的措施有

．（填兩點即可）
（2）已知：

化學(xué)鍵 N≡N H-H N-H

鍵能/kJ/mol a b c

則△H₁=

kJ/mol,問題（1）第②小問中能量變化為

kJ．
（3）已知：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
則N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l）△H=

kJ/mol（用a、b、c、△H₂和△H₃表示）
發(fā)布：2024/11/2 8:0:1組卷：12引用：1難度：0.1
解析
3．硝酸是一種重要的化工原料，完成下列填空：
Ⅰ.工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的主要過程如下：
（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣。反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+Q。
（2）下列措施可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率的是（填選項序號）

。
a.選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?br />b.增大壓強
c.及時分離生成的NH₃
d.升高溫度
（3）一定溫度下，在密閉容器中充入1molN₂和3molH₂發(fā)生反應(yīng)。若容器容積恒定，達到平衡狀態(tài)時，氣體的總物質(zhì)的量是原來的
15
16
，則N₂的轉(zhuǎn)化率α₁=

；若容器壓強恒定，達到平衡狀態(tài)時，N₂的轉(zhuǎn)化率為α₂，則α₂

α₁ （填“＞”、“＜”或“=”）。
Ⅱ.以氨氣、空氣為主要原料制硝酸。
（4）氨氣催化氧化的催化劑是

；氨氣也可以在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物，其燃燒方程式為

。
（5）在容積恒定的密閉容器中進行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）-Q。該反應(yīng)的反應(yīng)速率（v）隨時間（t）變化的關(guān)系如圖所示。若t₂、t₄時刻只改變一個條件，下列說法正確的是（填選項序號）

。

a.在t₁～t₂時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的壓強保持不變判斷反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)
b.在t₂時，采取的措施可以是升高溫度
c.在t₃～t₄時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的密度保持不變判斷反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)
d.在t₅時，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)是整個過程中的最大值
Ⅲ.硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣。
（6）催化還原法：催化劑存在時用H₂將NO₂還原為N₂。
已知：2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）+483.6kJ
N₂（g）+2O₂（g）→2NO₂ （g）+67.7kJ
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

。
（7）堿液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂。若9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時轉(zhuǎn)移電子0.1mol,則反應(yīng)的離子方程式是

。
發(fā)布：2024/11/2 8:0:1組卷：8引用：1難度：0.5
解析

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碳氧比[ n （ CH 4 ） n （ O 2 ） ]	1：0.25	1：0.5	1：1	1：1.25
CH₄轉(zhuǎn)化率	0.40	0.88	0.98	0.99
H₂選擇性	0.98	0.93	0.67	0.40
CO選擇性	0.99	0.94	0.65	0.32

時間/min	5	10	15	20	25	30
c（NH₃）/mol?L^-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

化學(xué)鍵	N≡N	H-H	N-H
鍵能/kJ/mol	a	b	c