1、能源化工与化学反应原理1.将H2S转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。（1）H2S的转化克劳斯法 铁盐氧化法光分解法反应的化学方程式是_。反应：_+ 1 H2S =_Fe2+ + _S + _（将反应补充完整）。反应体现了H2S的稳定性弱于H2O。结合原子结构解释二者稳定性差异的原因：_。（2）反应硫的产率低，反应的原子利用率低。我国科研人员设想将两个反应耦合，实现由H2S高效产生S和H2，电子转移过程如图。过程甲、乙中，氧化剂分别是_。（3）按照设计，科研人员研究如下。首先研究过程乙是否可行，装置如图。经检验，n极区产生了Fe3+，p极产生了H2。n极区产生Fe3+的可能原因：Fe
2、2+ - e- = Fe3+2H2O -4e-=O2 +4H+，_（写离子方程式）。经确认，是产生Fe3+的原因。过程乙可行。光照产生Fe3+后，向n极区注入H2S溶液，有S生成，持续产生电流，p极产生H2。研究S产生的原因，设计如下实验方案：_。 经确认，S是由Fe3+氧化H2S所得，H2S不能直接放电。过程甲可行。（4）综上，反应、能耦合，同时能高效产生H2和S，其工作原理如图。进一步研究发现，除了Fe3+/Fe2+ 外，I3-/I- 也能实现如图所示循环过程。结合化学用语，说明I3-/I- 能够使S源源不断产生的原因：_。【答案】（1） 2Fe3+ 2 1 2H+ O与S位于同主族，原子
3、半径SO，得电子能力SO，非金属性SO，氢化物稳定性H2SO，得电子能力SO，非金属性SO，氢化物稳定性H2S 正反应为气体分子数减小的反应，加压平衡右移，CO的转化率增大，由图知相同温度时P1下CO的转化率大于P2，所以P1大于P2 （4）AC 【详解】（1）由图可知：在膜II测CH4中的C失去电子被氧化为CO，膜I侧氧气、水得到电子，每1molO2反应，得到4个电子，在膜I侧发生的电极反应为：O2+4e-=2O2-，H2O+2e-=H2+O2-，假设O2为1，则N2为4，由于在空气中N2与O2的物质的量之比按4：1，反应后膜I侧所得=3，则反应后得到H2为12，即有12molH2O发生反应
4、产生H2，所以+12可得膜I的总反应式：12H2O+O2 +28e-=12H2 +14O2-；（2）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H2=-49.0kJ/mol，CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H3= -41.1 kJ/mol，+，整理可得H2还原CO反应合成甲醇的热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1=-90.1kJ/mol；根据热化学方程式可知：该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，H0，S0，根据体系的自由能公式G=H-TS，若反应能自发进行，则GP2，所以压强：P1P2，（4）A.反应是在恒容的密闭容器内进行，由
5、于该反应是气体体积减小的反应，若反应达到平衡，则容器内气体的压强保持不变，A正确；B.在任何时刻都存在：v正(H2)=2v正(CH3OH)，若反应达到平衡v正(CH3OH)=v逆(CH3OH)，则v正(H2)=2v逆(CH3OH)，现在2v正(H2)=v逆(CH3OH)，说明反应未处于平衡状态，B错误；C.由于该反应反应前后气体分子数不相等，若混合气体的相对分子质量保持不变，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，C正确；D.由于反应混合物都是气体，在任何状态下气体的质量不变，容器的容积不变，因此任何条件下，混合气体的密度都保持不变，故不能据此判断反应是否处于平衡状态，D错误；故合理选项是A
6、C； 2H2(g) +CO(g)CH3OH(g)n始(mol) 4 2 0n10(mol) 2 1 1n平(mol)2 1 1由于反应开始时气体的物质的量是6mol，总压强为P0，则平衡时H2占分压为，CO占分压为，CH3OH占分压为，带入平衡常数表达式Kp=(kPa)-2；反应开始时H2占的分压为，10分钟时占分压为，减少了，所以V(H2)= Pa/min。3.研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。（1）已知CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g) H248kJmol1、S310J mol-1K-1，该反应能自发进行的温度范围为_。
7、（2）在密闭恒容容器中通入物质的量浓度均为0.1 molL1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。工业生产时一般会选用P4和1250进行合成，请解释其原因_。在压强为P3、1000的条件下，该反应5min时达到平衡点Y，则用CO表示该反应的速率为_，该温度下，反应的平衡常数为_（保留3位有效数字）。（3）CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)H2O(g) CO(g)H2 (g)来制取在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定已达平衡状态的是_。A体系压强不再变化 BH2、CO和H2O的物质
8、的量之比为1:1:1 C混合气体的密度保持不变 D混合气体中H2O的百分含量保持不变在某体积可变的密闭容器中同时投入四种物质，2min时达到平衡，测得容器中有1mol H2O（g）、1mol CO（g）、2.2molH2（g）和足量的C（s），如果此时对体系加压，平衡向_(填“正”或“逆”)反应方向移动，达到新的平衡后，气体的平均摩尔质量为_。【答案】（1）大于800K （2）较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率 0.036molL1min1 10.5 （3）ACD 逆 12 g/mol【详解】（1）根据，所以800K；（2）温度越高，反应速率、CH4的平衡转化率都增大，增大压强CH4
9、的平衡转化率降低，但反应速率增大，能提高生产效率，所以工业生产时一般会选用P4和1250进行合成；CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)开始 0.1 0.1 0 0转化 0.09 0.09 0.18 0.18平衡 0.01 0.01 0.18 0.18 0.036molL1min1；10.5（3）A该反应过程中气体物质的量增大，体系压强增大，体系压强不再变化一定平衡，故选A；BH2、CO和H2O的物质的量之比为1:1:1时，浓度不一定不再改变，所以不一定平衡，故不选B；C反应前后气体质量是变量，所以密度是变量，若混合气体的密度保持不变反应一定达到平衡状态，故选C；D反应过程中混合气体
10、中H2O的百分含量是变量，若保持不变，反应一定达到平衡状态，故选D。根据勒沙特列原理可知，增大压强，平衡向着气体体积减小的方向移动，此反应的逆反应方向是个气体体积减小的方向，故增大压强，向逆反应方向移动；设达到新平衡后有XmolH2被消耗，则有： C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）起始量（mol） 1 1 2.2转变量（mol） X XX剩余量（mol）（1+X）（1-X） （2.2-X）混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量= =12g/mol。4.根据题意完成下列问题：（1）工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) H4
11、1 kJ/mol已知：2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) H484 kJ/mol，写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：_。（2）随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NO x、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为:C(s)2NO(g)N2(g)CO2(g)。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和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/molL1时间/minNON2CO200.10000100.0580.0210.021200.0400.0300.0303
12、00.0400.0300.030400.0320.0340.017500.0320.0340.017则从反应开始到20min时，以NO表示的平均反应速率= _，该温度下该反应的平衡常数K_（保留两位小数）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_（写一条即可）。下列描述中能说明上述反应已达平衡的是_；A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变 B、2v(NO)正=v(N2)逆C、容器中气体的压强保持不变 D、单位时间内生成nmolCO2的同时生成2nmolNO（3）利用Fe2+、Fe3+的催化作用，常温下将SO2转化为SO42， 而实现SO2的处理（总反应为2SO2+O2+2
13、H2O2H2SO4）。已知，含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe2+ + O2+ 4H+ 4Fe3+ + 2H2O，则另一反应的离子方程式为_（4）有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极反应式为_，电池总反应式为_。【答案】（1）2CO(g) + O2 (g) = CO2(g) H-566 kJ/mol （2）0.003mol/(Lmin) 0.56 减小CO2的浓度 AD （3）2Fe3+SO2+2H2O2Fe2+SO42+4H+ （4）SO22H2O2eSO424H 2SO2
14、O22H2O2H2SO4或 2SO2O22H2O4H2SO42【详解】（1）由CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) H41 kJ/mol2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) H484 kJ/mol，根据盖斯定律，2+可得：2CO(g) + O2 (g)= CO2(g) H-566 kJ/mol；因此，本题正确答案是：2CO(g) + O2 (g)= CO2(g) H-566 kJ/mol； （2）v=0.003mol/(Lmin)；反应进行到20-30分钟时达到平衡状态，则K=0.56；根据表中30-40分钟各物质浓度的变化可以看出改变的条件是分离出部分CO2；A.
15、碳是固体，因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变，说明各组成含量保持不变，即已达平衡,故A正确；B、2v(NO)正=v(N2)逆，说明正反应速率和逆反应速率不相等，不能说明反应已达平衡，故B错误；C、该反应，反应前后气体分子数不变，所以当容器中气体的压强保持不变，不能说明反应已达平衡，故C错误；D、单位时间内生成nmolCO2的同时生成2nmolNO，说明正反应速率和逆反应速率相等，说明反应已达平衡，故D正确； 因此，本题正确答案是：0.003mol/(L.min)； 0.56；减小CO2的浓度； AD；（3）SO2转化为SO42，该过程为氧气氧化二价铁离子到三价铁离子，然后用三价铁离子氧化二
16、氧化硫到硫酸根，其中一个反应的离子方程式为4Fe2+ + O2+ 4H+ 4Fe3+ + 2H2O，则另一反应的离子方程式为2Fe3+SO2+2H2O2Fe2+SO42+4H+；因此，本题正确答案是：2Fe3+SO2+2H2O2Fe2+SO42+4H+；（4）原电池总方程式为2SO2O22H2O2H2SO4，正极的电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O，用总的减去正极的电极反应式得负极电极反应式为SO22H2O2eSO424H，因此，本题正确答案是：SO22H2O2eSO424H；2SO2O22H2O2H2SO4或 2SO2O22H2O4H2SO42。5.绿水青山就是金山銀山，生产生活中污染
17、物合理处理对环境保护具有重要意义。（1）利用某些催化剂，成功实现将空气中的碳氧化合物和氮氧化合物转化为无毒的大气循环物质。已知： NO(g)+CO(g)N2(g)+CO2(g) 2NO(g)+O2(g)2NO2(g) 反应的_；某温度下，反应的平衡常数分別、，则该反应的K=_(用、表示)。（2）温度为吋，在四个容积均为1L的恒容密闭容器中发生反应： ，测得有关实验数据如下：容器编号物质的起始浓度()物质的平衡浓度()平衡时，容器与容器的总压强之比_。温度不变，容器中达到平衡后再充入NO、(g)各mol，则反应将向_。(填“正”或“逆”)方向进行。（3）常温下用0.100盐酸分别滴定10.00m
18、L浓度均为0.100NaOH溶液和二甲胺溶液(在水中电离方式与氨相似)，利电用传感器测得滴定过程中溶液的电导率如图所示。已知电解质溶液电导率越大导电能力越强。a、b、c、d四点的水溶液中，由水电离出氢离子浓度大于 的是_，原因为_。化学反应往往伴有热效应若为绝热体系a的温度_(填“”，“=”或“”)c点的温度。【答案】（1） -234.0 K2 （2）1：1 逆 （3）a 此时恰好生成强酸弱碱盐，对水的电离有促进作用 K，故反应将向逆反应方向进行；（3）NaOH属于强碱，二甲胺的水溶液属于弱碱溶液，曲线为滴定二甲胺溶液；碱或酸过量，会抑制水的电离，盐类水解促进水的电离，滴定终点前碱过量，滴定终点后酸过量，恰好完全滴定时形成盐，NaCl不会水解，而(CH3）2NH2+会水解，加入10mL盐酸时恰好完全反应，因此，a、b、c、d四点的溶液中，a点由水电离出氢离子浓度大于 ；因为此时恰好生成强酸弱碱盐，对水的电离有促进作用；酸碱中和反应为放热反应，二甲胺的电离吸热，若为绝热体系a的温度c点的温度。