Question

（14分）发展洁净煤技术、利用CO₂制备清洁能源等都是实现减碳排放的重要途径。

（1）将煤转化成水煤气的反应：C（s）＋H₂O（g）CO（g）＋H₂（g）可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂（其他条件保持不变），此反应的△H________（填“增大”、“减小”或“不变”），判断的理由是________。

（2）CO₂制备甲醇：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）ΔH＝-49.0kJ·mol^-1，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）浓度随时间变化如右图所示。

①该反应化学平衡常数K的表达式是________。

②0~9min时间内，该反应的平均反应速率ν（H₂）=________。

③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，此反应达平衡时放出的热量（Q）可能是________（填字母序号）kJ。

a.0<Q<29.5

B．29.5<Q<36.75

C．36.75<Q<49

D．49<Q<98

④在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率（α）与L和X的关系如右图所示，L和X分别表示温度或压强。

X表示的物理量是。判断L₁与L₂的大小关系。

（3）科学家用氮化镓材料与铜组装如右图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄．

写出铜电极表面的电极反应式，为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量（选填“盐酸”或“硫酸”）．

（4）利用CO₂和NH₃为原料也合成尿素，在合成塔中的主要反应可表示如下：

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

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

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

则反应①的△H₁=_______________。

（5）现将amol铁和bmol铜的混合物与含有cmolHNO₃的稀溶液充分反应，设还原产物为NO。下列结论不正确的是（填序号）

A．若剩余金属0.5amol，则氧化产物为一种或二种

B．若只有一种氧化产物，则3c=8a

C．若有二种氧化产物，被还原的硝酸物质的量为0.25cmol

D．若有三种氧化产物，被还原的硝酸物质的量为0.25cmol

Answer

（1）不变（2）①0.25mol·L-1·min-1②c③温度L1>L2

（3）CO2+8H++8e-=CH4+2H2O硫酸；

（4）－159.47kJ/mol（5）BC

【解析】

试题分析：（1）将煤转化成水煤气的反应：C（s）+H2OCO（g）+H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂（其他条件保持不变），催化剂改变反应速率不改变化学平衡，不改变反应焓变，此反应的△H不变；

（2）①依据图像读取甲醇生成浓度，结合反应速率概念计算甲醇的反应速率＝0.75mol/L÷9min，反应速率之比等于化学方程式计量数之比，V（H2）＝3V（CH3OH（g）＝3×0.75mol/L/9min＝0.25mol/（L•min）；

②CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＝-49.0kJ•mol-1，反应达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量浓度＝1mol/L-0.25mol/L＝0.75mol/L，物质的量为0.75mol，反应放出热量＝49kJ/mol×0.75mol＝36.75kJ，反应焓变是指1mol二氧化碳和3mol氢气完全反应放出的热量为49kJ，反应是可逆反应，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，反应放热一定小于49kJ，在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，压强增大，平衡正向进行，反应放出热量会增多，大于36.75kJ，则36.75＜Q＜49，答案选c；③CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＝-49.0kJ•mol-1，反应是气体体积减小的放热反应，i．温度升高，平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，所以X为温度，L为压强；ii．温度一定压强增大平衡正向进行二氧化碳转化率增大，所以L1＞L2；

（3）根据电子的流向可知铜电极是正极，CO2得到电子转化为甲烷，则正极反应式为CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；由于盐酸易挥发，生成的甲烷中会混有HCl气体，所以选用硫酸，不用盐酸；

（4）已知：反应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

则根据盖斯定律可知③－②即得到反应①:2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）的△H1=－159.47kJ/mol；

（5）A、若剩余金属0.5amol，该金属可能为铁或铜，若为铁，则溶质为硝酸亚铁，若为铜，则氧化产物可能为硝酸亚铁和硝酸铜，A正确；B、若只有一种氧化产物，说明铁过量，铜没有参与反应，反应后溶质为硝酸亚铁，但是amol铁不一定完全反应，无法确定a与c的关系，B错误；C、若只有二种氧化产物，氧化产物可能为硝酸亚铁和硝酸铜或硝酸铜和硝酸铁，硝酸可能过量，稀硝酸不一定完全反应，则无法计算被还原的硝酸的量，C错误；D、若有三种氧化产物，氧化产物为硝酸铜、硝酸铁和硝酸亚铁，说明硝酸完全反应，根据反应3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O、3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O、Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，被还原的硝酸的物质的量为cmol×1/4＝0.25cmol，D正确；答案选BC。

考点：考查化学反应速率计算、平衡影响因素分析、图像的理解应用反应热计算、电极反应式以及氧化还原反应有关判断等