研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、低碳经济有着重要的作用。（1）已知：①CH4(...

研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、低碳经济有着重要的作用。

（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

25℃时,在合适的催化剂作用下,采用甲烷和氧气一步合成液态甲醇的热化学方程式为_________。

（2）利用反应①来制备氢气,为了探究温度、压强对反应①速率、转化率的影响,某同学设计了以下三组对比实验(温度为400℃或500℃,压强为101kPa或404kPa)。

①实验2和实验3相比,其平衡常数关系是K2______K3(填“>”、“<”或“=”)。

②将等物质的量的CH4和水蒸气充入1L恒容密闭容器中,发生上述反应,在400℃下达到平衡,平衡常数K=27,此时容器中CO物质的量为0.10mol,则CH4的转化率为________。

（3）科学家提出由CO2制取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lmolFexOy,转移电子的物质的量为________。

（4）pC类似pH,是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。若某溶液中溶质的浓度为1×10-3mol·L-1,则该溶液中溶质的pC=-lg(1×10-3)=3。如图2为25℃时H2CO3溶液的pC-pH图。请回答下列问题(若离子浓度小于10-5mol/L,可认为该离子不存在):

①在同一溶液中,H2CO3、HCO3-、CO32-_____________(填“能”或“不能”)大量共存。

②求H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1=________________。

③人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系c(H2CO3)/c(HCO3-)可以抵消少量酸或碱,维持pH=7.4。当过量的酸进入血液中时,血液缓冲体系中的c(H+)/c(H2CO3)最终将_______。

A.变大　　　　　　　　 B.变小　　　　　　　 C.基本不变　　　　　　　 D.无法判断

高三化学简答题中等难度题查看答案及解析

研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、低碳经济有着重要的作用。

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

②2H2(g)+ CO(g)CH3OH(l)　 △H2=−128.3 kJ·mol−1

③2H2(g)+ O2(g)2H2O(g)　 △H3=−483.6 kJ·mol−1

25℃时，在合适的催化剂作用下，采用甲烷和氧气一步合成液态甲醇的热化学方程式为__________________________。

（2）利用反应①来制备氢气，为了探究温度、压强对反应①速率、转化率的影响，某同学设计了以下三组对比实验(温度为400℃或500℃，压强为101kPa或404kPa)。

①实验2和实验3相比，其平衡常数关系是K2__________K3(填“>”“<”或“=”)。

②将等物质的量的CH4和水蒸气充入1 L恒容密闭容器中，发生上述反应，在400℃下达到平衡，平衡常数K=27，此时容器中CO物质的量为0.10 mol，则CH4的转化率为__________。

（3）科学家提出由CO2制取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，转移电子的物质的量为________。

（4）pC类似pH，是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。若某溶液中溶质的浓度为1×10−3 mol·L−1，则该溶液中溶质的pC=−lg(1×10−3)=3。如图2为25℃时H2CO3溶液的pC−pH图。请回答下列问题 (若离子浓度小于10−5 mol·L−1，可认为该离子不存在)：

①在同一溶液中，H2CO3、、_____________(填“能”或“不能”)大量共存。

②求H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1=________________。

③人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系可以抵消少量酸或碱，维持pH=7.4。当过量的酸进入血液中时，血液缓冲体系中的最终将_______。

A．变大　　 B．变小　　 C．基本不变　　 D．无法判断

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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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氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。

（1）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(I、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如图l所示：

①在0～30小时内，CH4的平均生成速率vI、vⅡ和vⅢ从小到大的顺序为________；反应开始后的12小时内，在第____种催化剂的作用下，收集的CH4最多。

②将所得的CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反应，在一定条件下，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示，T2>T1，则上述反应的△H　　 _______0（填“<”、“>”、“=”，下同），A、C处对应平衡常数(KA、KC)的大小关系为KA____KC。

③维持温度T2，将0.04mol CH4(g)和0.04mol H2O(g)通入容积为1L的定容密闭容器中发生反应，平衡时达到B点，测得CH4的转化率为50%，该反应在此温度下的平衡常数KB=________。

④下列现象能说明该反应已经达到平衡状态的是________（填编号）。

A．容器内CH4、H2O、CO、H2单位物质的量之比为1：1：1：3

B．容器内气体的密度恒定

C．容器内气体的压强恒定

D.3v( CO)=v(H2)

（2）LiBH4为近年来常用的储氢材料。

①反应2LiBH4 =2LiH+2B +3H2↑，生成22.4 L H2（标准状况）时，转移电子的物质的量为____ mol。

②图3是2LiBH4/MgH2体系放氢焓变示意图，则：Mg(s) +2B(s) =MgB2(s)　　 △H=____。

（3）图4是直接硼氢化钠一过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH___（填“增大”、“减小”或“不变”），负极的电极反应式为____。

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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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碳及其化合物在科研、工业生产中有着重要作用。请按要求回答下列问题。

（1）一定条件下，CH4 和 CO2 都能与 H2O 形成笼状结构的水合物晶体，CH4 与 H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。已知：CO2（g）+nH2O（l）=CO2·nH2O（s）△H=-57.98 kJ·mol-1， CH4（g）+nH2O（l）=CH4·nH2O（s）　　 △H=-54.49 kJ·mol-1　 。则反应： CO2（g）+CH4·nH2O（s） = CH4（g） +CO2·nH2O（s）的△H=_______________；该反应能在一定 条件下自发进行的理论依据是______________。

（2）固定和利用 CO2 能有效地利用资源并减少空气中的温室气体。工业上利用 CO2 生产甲醇方法的反应原理：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） ΔH＜0。现将6mol CO2 和 8 mol H2 充入一容积为 2 L 的密闭容器中（温度保持不变），测得 H2 的物质的量随时间变化如下图实线所示。

①该反应在 0～8 min 时，H2 的平均反应速率：_____________；v 正（a）_____________v 正（d）（填“<”“>”“=”）；CO2 的平衡转化率：_____________。该温度下平衡常数的值 为_____________。

②若起始反应物投料量不变，重新进行两次实验（每次仅改变某一条件），所测得 H2 的物质的量随时间变化如上图中两条虚线。则 b、c、d 三点平衡常数： K（b）______________K（c）______________K（d）（填“<”“>”“=”）。

③在恒温恒容的条件下，再充入 3 mol CO2 和 4 mol H2，达新平衡时，H2O 的体积分数将______________（填“增大”“不变”或“减小”）

（3）如图为甲醇燃料电池，其负极电极 方程式为______________。

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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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“低碳经济”备受关注，二氧化碳的回收利用是环保和能源领域研究的热点课题。

(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ·mol-1

②CH4(g)C(s)+2H2(g)△H=+73kJ·mol-1

③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJ·mol-1

写出CO2与H2反应生成CH4和水蒸气的热化学方程式：_________________________。

(2)CO2与H2在催化剂作用下可以合成二甲醚，反应原理如下：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H。某温度下，向体积为2L的密闭容器中充入CO2与H2，发生上述反应。测得平衡混合物中CH3OCH3(g)的体积分数[φ(CH3OCH3) 与起始投料比Z[Z=]的关系如图1所示;CO2的平衡转化率(a)与温度(T)、压强(p)的关系如图2所示。

①当Z=3时，CO2的平衡转化率a=__________%。

②当Z=4时，反应达到平衡状态后,CH3OCH3的体积分数可能是图1中的_________点(填"D"、"E"或“F")。

③由图2可知该反应的△H_______0(选填“>”、“<“或“=”，下同)，压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________。

④若要进一步提高H2的平衡转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施

有________________(任写一种)。

(3)我国科研人员研制出的可充电"Na-CO2"电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图3所示。

①放电时，正极的电极反应式为____________________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为__________。

③可选用高氯酸钠-四甘醇甲醚作电解液的理由是________________________。

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开发使用清洁能源，发展“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

（1）甲烷水蒸气转化法制H2的主要转化反应如下：

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)　 △H=+206．2 kJ·mol－1

CH4(g) + 2H2O(g)CO2(g) + 4H2(g)　 △H=+165．0 kJ·mol－1

上述反应所得原料气中的CO能使合成氨的催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是　　　　　 。

（2）生产甲醇的原料CO和H2来源于：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)　 ΔH>0

①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小关系为___________。(填“<”、“>”、“=” )；

②100℃时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为1 L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是__________

a．容器内气体密度恒定　　

b．单位时间内消耗0．1 mol CH4同时生成0．3 mol H2

c．容器的压强恒定　　　　

d．3v正(CH4) = v逆(H2)

（3）25℃时，在20mL0．1mol/L氢氟酸中加入VmL0．1mol/LNaOH溶液，测得混合溶液的pH变化曲线如图所示，下列说法正确的是_____。

A．pH＝3的HF溶液和pH＝11的NaF溶液中， 由水电离出的c(H+)相等

B．①点时pH＝6，此时溶液中，c(F－)－c(Na+)＝9．9×10-7mol/L

C．②点时，溶液中的c(F－)＝c(Na+)

D．③点时V＝20mL，此时溶液中c(Na+)＝0．1mol/L

（4）长期以来，一直认为氟的含氧酸不存在。1971年美国科学家用氟气通过细冰末时获得HFO，其结构式为H—O—F。HFO与水反应得到HF和化合物A，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 。

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运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

I.氨为重要的化工原料，有广泛用途。

(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取：

a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　　　 ∆H1=+216.4kJ/mol

b.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　　 ∆H2=–41.2kJ/mol

则反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)∆H=__。

(2)起始时投入氮气和氢气的物质的量分别为1mol、3mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图。

①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是__(填序号)。

A.N2和H2的转化率相等

B.反应体系密度保持不变

C.保持不变

D.=2

②P1__P2(填“>”“<”“=”或“不确定”，下同)；反应的平衡常数：B点__D点。

③C点H2的转化率为__；在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氮气的平均速率：v(A)___v(B)。

Ⅱ.用间接电化学法去除烟气中NO的原理如图所示。

(3)已知阴极室溶液呈酸性，则阴极的电极反应式为__。反应过程中通过质子交换膜(ab)的H+为2mol时，吸收柱中生成的气体在标准状况下的体积为__L。

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