CH4、CO2和碳酸都是碳的重要化合物，实现碳及其化合物的相互转化，对开发新能源和降低碳排...

CH4、CO2和碳酸都是碳的重要化合物，实现碳及其化合物的相互转化，对开发新能源和降低碳排放意义重大。

（1）已知：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　 △H1＝＋206.1kJ•mol—1

②2H2(g)＋CO(g)CH3OH(l)　 △H2＝－128.3kJ•mol—1

③2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)　　 △H3＝－483.6kJ•mol—1

写出由甲烷和氧气合成液态甲醇的热化学方程式：_____________________。

（2）若利用反应①来制备氢气。为了探究温度、压强对反应①的影响，设计以下三组对比实验（温度为400℃或500℃，压强为101kPa或404kPa）。

Ⅰ、实验1、实验2和实验3比较，反应开始时正反应速率最快的是_________；平衡时CH4的转化率最小的是_________。

Ⅱ、实验2和实验3相比，其平衡常数关系：K2______K3（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）科学家提出由CO2制取碳（C）的太阳能工艺如图1所示．

①“重整系统”发生的反应中n(FeO)∶n(CO2)＝6∶1，则FexOy的化学式为______；

②“热分解系统”中每分解l mol FexOy，同时生成标准状况下气体体积为_______。

（4）pC类似pH，是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。如某溶液中溶质的浓度为1×10—2mol•L—1，则该溶液中溶质的pC＝﹣lg(1×10—2)＝2。上图2为25℃时H2CO3溶液的pC﹣pH图。请回答下列问题：

①在0＜pH＜4时，H2CO3溶液中主要存在的离子是___________；

②在8＜pH＜10时，溶液中HCO3—的pC值不随着pH增大而减小的原因是____；

③求H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1＝ _______________。

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实现碳及其化合物的相互转化，对开发新能源和降低碳排放意义重大。

（1）已知：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 △H=x

已知：标准状态下，由最稳定的单质生成1mol化合物的焓变，称为该化合物的标准摩尔生成焓，几种物质的标准摩尔生成焓如下。则x=__kJ·mol－1。(标准摩尔生成焓：CH4(g)－75kJ/mol；H2O(g)－240kJ/mol；CO(g)－110kJ/mol；H2(g)－0kJ/mol)

（2）为了探究温度、压强对反应(1)的影响，在恒温恒容下，向下列三个容器中均充入4molCH4和4molH2O。

①平衡前，容器甲中反应的平均速率(H2)=__mol/(L·min)；在一定条件下，能判断容器丙中的反应一定处于化学平衡状态的是__(填序号)；

A．3v(CH4)正=v(H2)逆　　　　 B．CH4和H2O的转化率相等

C．容器内压强保持不变　　 D．混合气体的密度保持不变

②平衡后，乙容器中CH4的转换率较丙低，其原因是__，其中t1__t2(填“>”、 “<”或“=”)。

（3）pC是指极稀溶液中溶质物质的量浓度的负对数。已知常温下，H2CO3溶液中加入强酸或强碱后达到平衡时溶液中三种成分的pC－pH图，据图

常温下，碳酸的一级电离常数Ka1的数量级为__；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是__。

（4）我国科学家根据反应CO2C+O2↑，结合电解池原理设计出了二氧化碳捕获与转化装置。该装置首先利用电解池中熔融电解质ZrO捕获CO2，发生的相关反应为：①CO2+O2－=CO32－，②2CO2+O2－=C2O52－，然后CO32－在阴极转化为碳单质和__；C2O52－在阳极发生电极反应，其方程式为__。

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（16分）实现反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，△H0，对减少温室气体排放和减缓燃料危机具有重要意义。

（1）已知：① 2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g)　 　　　　 △H1＝－566 kJ·mol－1

② 2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) 　　　　　 △H2＝－484 kJ·mol－1

③ CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(g)　　 △H3＝－802 kJ·mol－1

则△H0＝　 　　 kJ·mol－1

（2）在密闭容器中，通入2.5mol的CH4与2.5mol CO2，一定条件下发生反应：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。

据图可知，p1、p2、 p3、p4由大到小的顺序　 　　　　　　 　 。

（3）CO和H2还可以通过反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2 (g) 制取。

① 在恒温恒容下，若从反应物出发建立平衡，已达到平衡的是

A．体系压强不再变化　　　　　 　　　 B．CO与H2的物质的量之比为1:1

C．混合气体的密度保持不变　　　　　 D．每消耗1mol H2O(g)的同时生成1mol H2

② 恒温下，在2L的密闭容器中同时投入四种物质，10min时达到平衡，测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、2molH2(g)和2molC(s)，反应的平衡常数K=　　　　　　　　 。

若此时增大压强，平衡将向　　 　　 (填“正”、“逆”)反应方向移动，t1min时达到新的平衡。

③ 请画出增大压强后10min～t1min时容器中H2物质的量n随时间变化的曲线图。

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过量排放含氮物质会污染大气或水体，研究氮及其化合物的性质及转化，对降低含氮物质的污染有着重大的意义。

Ⅰ．对NO与O2反应的研究。

（1）已知氮氧化物转化过程中的焓的变化如下图所示，写出 NO转化为NO2的热化学方程式__________。

（2）2NO+O22NO2的平衡常数表达式K=_______。其他条件不变，利用分子捕获器适当减少反应容器中NO2的含量，平衡常数K将_____（填“增大”、“减小”或“不变” ）。

（3）已知：2NO2(g)N2O4(g) △H＜0。在一定条件下，将2 mol NO和1 mol O2通入恒容密闭容器中进行反应，在不同温度下，测得平衡时体系中NO、O2、NO2的物质的量与温度的关系如下图所示。

①曲线c代表________的物质的量与温度的关系，x点对应的O2的转化率为________。

②根据上图可推测_________________。

A．2NO+O22NO2的平衡常数：x点﹥y点

B．y点时2NO+O22NO2的反应速率：υ（正）﹤υ（逆）

C．400~1200℃时，随着温度升高，N2O4体积分数不断增大

D．x点对应的NO的物质的量分数为4/11

Ⅱ．对废水中过量氨氮转化的研究。

废水中过量的氨氮(NH3和NH4+)会导致水体富营养化。某科研小组用NaClO氧化法处理氨氮废水，将其转化为无污染物质，不同进水pH对氨氮去除率的影响如图所示。

已知：ⅰ．HClO的氧化性比NaClO强；

ⅱ．NH3比NH4+更易被氧化。

（4）pH＝1.25时，NaClO与NH4+反应生成N2等无污染物质，该反应的离子方程式______。

（5）进水pH为1.25～6.00范围内，氨氮去除率随pH升高发生图中变化的原因是_______。

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天然气是重要的化石能源，其综合利用的研究意义重大。

已知；i.CH4(g)十H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　　 ∆H=+206kJ•mol-1；

ii.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)　　　　 ∆H=+165kJ•mol-1；

iii.C(s)十H2O(g)CO(g)十H2(g)　　　 ∆H=+131.4kJ•mol-1。

请回答下列问题：

（1）若将物质的量之比为1：1的CH4(g)和H2O(g)充入密闭容器中发生反应i。CH4(g)和CO(g)的平衡体积分数(φ)与温度(T)的关系如图所示：

图中表示CH4(g)的平衡体积分数与温度关系的曲线为___(填“L1”或“L2”)，原因为__。

（2）合成气的主要组分为CO和H2；以天然气为原料生产的合成气有多种方法，其中Sparg工艺的原理为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　　 ∆H1。T℃下，向容积可变的密闭容器中充入一定量的CH4(g)和CO2(g)，改变容器体积，测得平衡时容器内气体的浓度如表所示：

①∆H1=__。

②T℃下，该反应的平衡常数K=__。

③实验1中，CO的平衡体积分数为__%(保留三位有效数字)。

④V1：V2=_。

（3）甲烷在高温下分解生成的炭黑，是生成橡胶的重要原料，其分解原理为CH4(g)C(s)+2H2(g)。

①一定温度下，将n1molCH4充入1L恒容密闭容器中发生上述反应，tmin末容器内压强变为原来的1.6倍。tmin内该反应的平均反应速率v(H2)=__(用含n1和t的代数式表示)。

②若控制温度和压强不变，充入CH4的物质的量与平衡时H2的体积分数的关系如图所示。充入n1molCH4时，平衡点位于A点，则充入n2molCH4时，平衡点位于__(填“B”“C”或“D”)点。

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过量排放含氮物质会污染大气或水体，研究氮及其化合物的性质及转化，对降低含氮物质的污染有着重大的意义。

(1)合成氨反应。

已知，氨的分解反应：2NH3(g)⇌ N2(g)+3H2 (g)，活化能Ea=600kJ•mol-1，合成氨有关化学键的键能如下表：

则合成氨反应：N2(g)+H2(g)⇌NH3(g)的活化能Ea=________。

(2)已知2NO+O2=2NO2反应历程分两步

①平衡常数K可用气体分压来表示，即K的表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数(例如：)，某一时刻第一步达到平衡，写出第一步反应的平衡常数________(用和各气体的物质的分数来表示)。

②用NO表示总反应的速率方程为；NO2表示的总反应速率方程为，与是速率常数，则________。

③下列关于反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的说法正确的是________。

A．　　　 B．增大压强，反应速率常数增大　　　 C．温度升高，正逆反应速率都增大　　　　 D．总反应快慢由第二步决定

(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。

①用活化后的V2O5作催化剂，氨气将NO还原成N2的一种反应历程如图1所示，请写出图1中所示的总反应方程式_______，该反应的含氮气体组分随温度变化如图2所示，当温度大于600K时，可能发生副反应的化学方程式_________。

②在有催化剂的作用下，经过相同时间，测得脱氮率随反应温度的变化情况如下图所示，其他条件相同时，请在图中补充在无催化剂作用下脱氮率随温度变化的曲线______________。

(4)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，如下图示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导O2-，电解池阴极反应为_________。

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研究汽车尾气的产生、转化对环境保护有重要意义。汽车尾气管中的三元催化剂能同时实现CO、CxHy、NOn三种成分的净化。

(1)已知热化学方程式：

CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)　 ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

N2(g)＋O2(g)2NO(g)　 ΔH＝＋180 kJ·mol－1

则反应CH4(g)＋4NO(g)＝CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l)　 ΔH＝____kJ·mol－1。

(2)研究表明，温度对CO、CxHy、NOn的产生和排放有较大影响。

①汽车发动机内的温度越高，生成的NO越多，原因是____。

②当汽车刚冷启动时，汽车尾气管排放的CO、CxHy、NOn浓度较高，一段时间后浓度逐渐降低。汽车刚冷启动时排放CO、CxHy、NOn浓度较高的原因是____。

(3)催化剂表面CO、CxHy、NOn的转化如图1所示，化合物W可借助图2 (傅里叶红外光谱图)确定。

①在图1所示转化中，W的化学式为____。若转化Ⅱ中消耗CO的物质的量为1mol，生成N2的物质的量为1mol，则被CxHy还原的W的物质的量为____。

②用H2代替CO、CxHy与W反应，该过程相关物质浓度随时间的变化关系如图3所示。该过程分为两步，第一步反应消耗的H2与W的物质的量之比是____。

(4)尾气净化过程中，有时会产生N2O。用同位素示踪法研究发现N2O的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的N2O几乎都是15NNO。写出该反应的化学方程式：____。

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（20分）近年来大气问题受到人们越来越多的关注。按要求回答下列问题：

Ⅰ．实现反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，△H0，对减少温室气体排放和减缓燃料危机具有重要意义。在2L密闭容器中，通入5mol CH4与5mol CO2的混合气体，一定条件下发生上述反应，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。

则p1、p2、p3、p4由大到小的顺序　　　　 ，该反应的正反应是______(填“吸热”或“放热”)反应，当1000℃甲烷的转化率为80%时，该反应的平衡常数K=________。

Ⅱ．PM2.5污染与直接排放化石燃烧产生的烟气有关，化石燃料燃烧同时放出大量的SO2和NOx。

（1）处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。

CH4(g) + 4NO2(g) = 4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g)　 △H1=－574kJ·mol－1

CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)　　 △H2=－1160kJ·mol－1

CH4(g) + 2NO2 (g) = N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)　 △H3

则△H3=　　　　　　　　　　 ，如果三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K3=__________(用K1、K2表示)

（2）实验室可用NaOH溶液吸收SO2，某小组同学在室温下，用pH传感器测定向20mL0．1mol·L－1NaOH溶液通入SO2过程中的pH变化曲线如图所示。

①ab段发生反应的离子方程式为________________。

②已知d点时溶液中溶质为NaHSO3，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序为_______，如果NaHSO3的水解平衡常数Kh=1×10-12mol·L－1，则该温度下H2SO3的第一步电离平衡常数Ka=________________。

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（15分）“C1化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质（如CO、CO2、CH4、CH3OH、

HCOOH等）为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义。

（1）一定温度下，在两个容积均为2 L的密闭容器中，分别发生反应：

CO2（g） + 3H2（g）CH3OH（g） + H2O（g）　 △H =﹣49.0 kJ/mol。相关数据如下：

请回答：①a = 　　　　　　　　　　　　　　　　 。

②若甲中反应10 s时达到平衡，则用CO2来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是　　　　　　　　 。

（2）甲烷的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）在密闭容器中通入等物质的量浓度的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示，则压强P1　　　 P2 ，（填“大于”或“小于”）；压强为P2时，在y点：v（正）　　　　 v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（3）一定条件下，治理汽车尾气的反应是2NO（g）+2CO（g）2CO2（g）+N2（g） △H<0。在恒温恒容的密闭容器中通入n（NO）:n（CO）=2:1的混合气体，发生上述反应。下列图像正确且能说明反应在进行到t1时刻一定达到平衡状态的是　　　　 （选填字母）。

（4）甲酸（HCOOH）是一种弱酸，现用0.1 mol·L-1 NaOH溶液分别滴定体积均为20.00 mL、浓度均为0.1 mol·L-1的盐酸和甲酸溶液，滴定曲线如下：滴定开始前，三种溶液中由水电离出的c（H+）最大的是　　　 ；V1和V2的关系V1　　 V2（填 “>”、“=”或“<”）；M点对应的溶液中，各离子的物质的量浓度由大到小的顺序是　　　　 。

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(16分)“C 1化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质(如CO、CO2、CH4、CH3OH、HCOOH等)为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义。

（1）一定温度下，在两个容积均为2L的密闭容器中，分别发生反应：

CO2 (g)+3H2(g)CH­3OH g)+H2O(g)　 △H=-49．0kJ／mol。相关数据如下：

请回答：

①a=_______。

②若甲中反应10s时达到平衡，则用CO2来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是_________mol·L-1·S-1

（2）甲烷的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2 (g)+ CH4 (g) 2CO(g)+2H2(g)在密闭容器中通入等物质的量浓度的CH4与CO2在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示，则压强P1______P2(填“大于”或“小于”)；压强为P2时，在y点：

(正)_________(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”)。

（3）一定条件下，治理汽车尾气的反应是 。在恒温恒容的密闭容器中通入的混合气体，发生上述反应。下列图像正确且能说明反应在进行到时刻一定达到平衡状态的是__________(选填字母)。

（4）甲酸(HCOOH)是一种弱酸，现用0.1mol·L-1 NaOH溶液分别滴定体积均为20.00mL、浓度均为0.1mol·L-1叫的盐酸和甲酸溶液，滴定曲线如下：

滴定开始前，三种溶液中由水电离出的c(H+)最大的是_________；V1和V2的关系V1_________V2(填“>”、“=”或“<”)；M点对应的溶液中，各离子的物质的量浓度由大到小的顺序是_________。

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