2023届高考化学二轮复习《化学反应原理》大题专练06(解析版)

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CO甲烷化：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) ΔH1＝－206.2 kJ·ml－1
水煤气变换：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·ml－1
回答下列问题：
(1)反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·ml－1。某温度下，分别在起始体积相同的恒容容器A、恒压容器B中加入1 ml CO2和4 ml H2的混合气体，两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是________(填“A”或“B”)。
(2)在恒压管道反应器中按n(H2)∶n(CO)＝3∶1 通入原料气，在催化剂作用下制备合成天然气，400 ℃、p总为100 kPa时反应体系平衡组成如下表所示。
①该条件下CO的总转化率α＝________。若将管道反应器升温至500 ℃，反应达到平衡后CH4的体积分数φ________45.0%(填“＞”“＜”或“＝”)。
②Kp、Kx分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，Kp只受温度影响。400 ℃时，CO甲烷化反应的平衡常数Kp＝________kPa－2(保留1位小数)；Kx＝________(以Kp和p总表示)。其他条件不变，增大p总至150 kPa，Kx________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)制备合成天然气时，采用在原料气中通入水蒸气来缓解催化剂积碳。积碳反应为
反应Ⅰ CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH＝＋75 kJ·ml－1，
反应Ⅱ 2CO(g)C(s)＋CO2(g) ΔH＝－172 kJ·ml－1。
平衡体系中水蒸气浓度对积碳量的影响如图所示，下列说法正确的是________。
A．曲线1在550～700 ℃积碳量增大的原因可能是反应Ⅰ、Ⅱ的速率增大
B．曲线1在700～800 ℃积碳量减小的原因可能是反应Ⅱ逆向移动
C．曲线2、3在550～800 ℃积碳量较低的原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D．水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550 ℃以下，有利于减少积碳
答案：(1)－165 B (2)①98.9%eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(或\f(47,47.5)×100%)) ＜
②3.8 Kp×peq \\al(2,总) 增大 (3)BD
解析：(1)根据盖斯定律，将已知中的第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式即可得到目标热化学方程式，则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－165 kJ·ml－1。恒容容器A和恒压容器B中均发生反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＜0，恒压容器B中反应达到平衡后容器体积减小，相当于给恒容容器A中混合气体加压，平衡向正反应反向移动，使容器B中放出的热量增多。
(2)①假设400 ℃、总压强为100 kPa时，开始时在反应器中通入1 ml CO和3 ml H2，
CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)
改变的物质的量 x 3x x x
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
改变的物质的量 y y y y
CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
改变的物质的量 z 4z z 2z
则平衡时，CH4的物质的量为(x＋z) ml，CO2的物质的量为(y－z) ml，CO的物质的量为(1－x－y) ml。设平衡时混合气体的总物质的量为m ml，则eq \f(x＋z,m)×100%＝45.0%、eq \f(y－z,m)×100%＝2.00%、eq \f(1－x－y,m)×100%＝0.500%，可得x＋y＝eq \f(47,47.5)，故该条件下CO的总转化率α＝eq \f(x＋y,1)×100%＝eq \f(47,47.5)×100%≈98.9%。生成CH4的反应为放热反应，升高温度后，平衡向吸热反应即逆反应方向移动，使CH4的体积分数降低，故小于45.0%。
②各组分的体积分数即各组分物质的量分数，400 ℃、总压强为100 kPa时，CO甲烷化反应的平衡常数Kp＝eq \f(p（CH4）·p（H2O）,p（CO）·p3（H2）)＝eq \f(（100×45.0%）×（100×42.5%）,（100×0.500%）×（100×10.0%）3)≈3.8。该反应的平衡常数Kx＝eq \f(X（CH4）·X（H2O）,X（CO）·X3（H2）)＝eq \f(\f(p（CH4）,p总)·\f(p（H2O）,p总),\f(p（CO）,p总)·\f(p3（H2）,peq \\al(3,总)))＝Kp·peq \\al(2,总)。增大p总，温度不变，Kp不变，Kx＝Kp·peq \\al(2,总)，则Kx增大。
(3)A项，曲线1在550～700 ℃时，温度升高，反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动，造成积碳量增大，错误；B项，曲线1在700～800 ℃时，温度升高，反应Ⅱ的平衡逆向移动，造成积碳量减小，正确；C项，与曲线1相比，曲线2、3通入的水蒸气增多，水蒸气的稀释作用明显，使反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡逆向移动，造成在550～800 ℃时积碳量较低，错误；D项，由图像可知，温度低于550 ℃时，几乎没有积碳量，通入的水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550 ℃以下，有利于减少积碳，正确。
2．绿水青山是习总书记构建美丽中国的伟大设想，研究碳、氮、硫等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(1)科学家研究利用某种催化剂，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：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH1＝＋179.5 kJ·ml－1
②NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g) ΔH2＝－234 kJ·ml－1
③2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH3＝－112.3 kJ·ml－1
则反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝__________kJ·ml－1；某温度下，反应①②③的平衡常数分别为K1、K2、K3，则该反应的K＝__________(用K1、K2、K3表示)。
(2)用活化后的V2O5做催化剂，氨将NO还原成N2的一种反应历程如图所示。
①写出总反应的化学方程式：_____________________________________________。
②测得该反应的平衡常数与温度的关系为lg K＝5.08＋217.5/T，该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
③该反应的含氮气体浓度随温度变化如图所示，则将NO转化为N2的最佳温度为____________；当温度达到700 K时，发生副反应的化学方程式：_________________________________________。
(3)利用氨水吸收工业废气中的SO2，既可解决环境问题，又可制备(NH4)2SO3。可用(NH4)2SO3为原料，以空气氧化法制备(NH4)2SO4，其氧化速率与温度关系如下图：
试解释在温度较高时，(NH4)2SO3 氧化速率下降的原因是________________________；相同条件下，等浓度的(NH4)2SO3和(NH4)2SO4溶液中，c(NHeq \\al(＋,4))前者________(填“大”或“小”)。
答案：(1)－759.8 Keq \\al(2,2)·K3/K1
(2)①4NH3＋4NO＋O2eq \(=======,\s\up7(V2O5))4N2＋6H2O ②放热
③600 K 4NH3＋5O2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O
(3)温度过高，(NH4)2SO3会分解，浓度减小(或温度升高，氧气在溶液中溶解度降低) 小
解析：(1)①N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH1＝＋179.5 kJ·ml－1
②NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g) ΔH2＝－234 kJ·ml－1
③2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH3＝－112.3 kJ·ml－1
根据盖斯定律③＋②×2－①得2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－759.8 kJ·ml－1，该反应的K＝eq \f(c（N2）·c2（CO2）,c2（NO）·c2（CO）)＝Keq \\al(2,2)·K3/K1。
(2)①根据流程图，用V2O5做催化剂，氨、氧气和NO反应生成N2和水，反应的化学方程式是4NH3＋4NO＋O2eq \(=====,\s\up7(V2O5))4N2＋6H2O；②根据lg K＝5.08＋217.5/T，升高温度，K减小，平衡逆向移动，所以正反应放热；③根据含氮气体浓度随温度变化图，600 K时，氮气的浓度最大，所以将NO转化为N2的最佳温度为600 K；当温度达到700 K时，NO浓度增大，说明氨被氧化为NO，主要的副反应是4NH3＋5O2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O。
(3)温度过高，(NH4)2SO3会分解，浓度减小，所以温度较高时，(NH4)2SO3 氧化速率下降；SOeq \\al(2－,3)的水解促进NHeq \\al(＋,4)水解，所以等浓度的(NH4)2SO3和(NH4)2SO4溶液中，c(NHeq \\al(＋,4))前者小。
3．工业废气和汽车尾气含有多种氮氧化物，以NOx表示，NOx能破坏臭氧层，产生光化学烟雾，是造成大气污染的来源之一。按要求回答下列问题：
(1)NO2与N2O4存在以下转化关系：2NO2(g)N2O4(g)。
①已知：标准状况(25 ℃、101 kPa)下，由最稳定的单质生成1 ml 化合物的焓变(或反应热)，称为该化合物的标准摩尔生成焓。几种氧化物的标准摩尔生成焓如下表所示：
则NO2转化成N2O4的热化学方程式为_________________________________________。
②将一定量N2O4投入固定容积的恒温容器中，下述现象能说明反应达到平衡状态的是________(填标号)。
A．v(N2O4)＝2v(NO2) B．气体的密度不变
C．c(N2O4)/c(NO2)不变 D．气体的平均相对分子质量不变
③达到平衡后，保持温度不变，将气体体积压缩到原来的一半，再次达到平衡时，混合气体颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”)，判断理由是________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在容积均为2 L的甲、乙两个恒容密闭容器中，分别充入等量NO2，发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)。保持温度分别为T1、T2，测得n(NO2)与n(O2)随时间的变化如图所示：
①T1时，反应从开始到第2 min，平均速率v(O2)＝________，该温度下平衡常数K＝________。
②实验测得：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响，下列有关说法正确的是______(填标号)。
A．反应正向放热 B．a点处，v逆(甲)k正(T1) D．温度改变，k正与k逆的比值不变
(3)硫代硫酸钠(Na2S2O3)在碱性溶液中是较强的还原剂，可用于净化氧化度较高的NOx废气，使之转化为无毒、无污染的N2。请写出NO2与硫代硫酸钠碱性溶液反应的离子方程式：__________________________________________________________________________。
答案：(1)①2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－57.2 kJ·ml－1 ②CD
③变深 压缩体积，平衡正向移动，n(NO2)减小，但体积减小对浓度的影响更大，因而c(NO2)增大，颜色变深
(2)①0.05 ml·L－1·min－1 0.8 ②BC
(3)2NO2＋S2Oeq \\al(2－,3)＋2OH－===N2↑＋2SOeq \\al(2－,4)＋H2O
解析：(1)①由题给信息可得N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋66.36 kJ·ml－1，N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH＝＋9.16 kJ·ml－1，用后式减去前式得2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－57.2 kJ·ml－1。②由于速率性质不明确，因此A项无法判断反应是否达到平衡状态；由于气体质量、容器容积均不变，故气体密度是常数，B项无法判断反应是否达到平衡状态；当体系内反应物与生成物浓度比保持不变时，表明两种物质各自的浓度保持不变，反应达到平衡；由M＝m/n及2NO2(g)N2O4(g)是一个气体分子数目发生变化的反应，故当M不变时表明n不变，反应达到平衡状态。③压缩容器等于加压，平衡向生成N2O4的方向移动，但因容器容积减小导致c(NO2)增大的程度大于因平衡移动导致c(NO2)减小的程度，故容器中气体颜色加深。
(2)①曲线甲表示n(NO2)的变化，2 min时消耗0.4 ml NO2，生成0.2 ml O2，v(O2)＝eq \f(0.2 ml,2 L×2 min)＝0.05 ml·L－1·min－1。由图可知，平衡时c(NO2)＝0.2 ml·L－1，c(NO)＝0.4 ml·L－1、c(O2)＝0.2 ml·L－1，由此可求出K＝0.8。②由图知，温度为T2时达到平衡所用时间较短，反应速率较快，故温度较高，即T2>T1。又温度高时O2物质的量比温度低时多，故正反应是吸热反应，A错误；达到平衡时，v逆(甲)v(逆)，这说明温度对k正的影响较大，D错误。
(3)NO2被还原为N2，S2Oeq \\al(2－,3)被氧化为SOeq \\al(2－,4)，可先写出S2Oeq \\al(2－,3)＋NO2―→N2＋SOeq \\al(2－,4)，依据得失电子守恒得S2Oeq \\al(2－,3)＋2NO2―→N2＋2SOeq \\al(2－,4)，再依据电荷守恒及溶液显碱性配平后得2NO2＋S2Oeq \\al(2－,3)＋2OH－===N2↑＋2SOeq \\al(2－,4)＋H2O。
4．乙炔可用于照明、焊接及切割金属，也是制备乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题：
(1)已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890 kJ/ml；C2H2(g)＋eq \f(5,2)O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH2＝－1 300 kJ/ml；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3＝－572 kJ/ml。
则2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g) ΔH＝________kJ/ml。
(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。
①若用、、和分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图1所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是________(填标号)，其理由是___________________________________________。
②在恒容密闭容器中充入a ml甲烷，测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(t/℃)的关系如图2所示，t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是________。
(3)甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/℃)的关系如图3所示。
①t1℃时，向V L恒容密闭容器中充入0.12 ml CH4，只发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，达到平衡时，测得p(C2H4)＝p(CH4)。CH4的平衡转化率为________。在上述平衡状态某一时刻，改变温度至t2℃，CH4以0.01 ml/(L·s)的平均速率增多，则t1________t2(填“＞”“＝”或“＜”)。
②在图3中，t3℃时，化学反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的压强平衡常数Kp＝________。
答案：(1)＋378 (2)①A CH4的裂解为吸热反应，CH4分子活化需吸收能量 ②温度过高，催化剂活性降低(或催化剂失活) （3)①66.7% ＞ ②104.7
解析：(1)将已知反应依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①×2－②－③×可得：2CH4（g)C2H2（g)＋3H2（g) ΔH＝＋378 kJ·ml－1。
(2)①甲烷的裂解反应为吸热反应，则反应物总能量小于生成物总能量,且反应物中化学键断裂需吸收能量，故能量状态最低的是A。
②温度过高，催化剂活性降低(或催化剂失活)，则单位时间内甲烷的转化率减小。
(3)①设平衡时甲烷转化x ml,根据三段式法有：
2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g）
初始/ml 0.12 0 0
反应/ml x x
平衡/ml 0.12－x x
结合题意知存在0.12－x＝，解得x＝0。08,故CH4的平衡转化率为eq \f（0。08,0.12）×100%＝66.7%。根据题图3可知，2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)为吸热反应，改变温度，甲烷的浓度增大，即平衡左移，则温度降低，即t1>t2。②将气体的平衡浓度换为平衡分压,则t3 ℃时，该反应的压强平衡常数Kp＝＝＝104.7。
5．CO和H2是工业上最常用的合成气，该合成气的制备方法很多，它们也能合成许多重要的有机物。回答下列问题：
(1)制备该合成气的一种方法是以CH4和H2O为原料，有关反应的能量变化如图所示。
CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
(2)工业乙醇也可用CO和H2合成，常含一定量甲醇，各国严禁使用成本低廉的工业酒精勾兑食用酒，但一般定性的方法很难检测出食用酒中的甲醇。有人就用硫酸酸化的橙色K2Cr2O7溶液定量测定混合物中甲醇的含量，甲醇与酸性K2Cr2O7溶液反应生成CO2、Cr2(SO4)3等物质，写出其化学方程式___________。
(3)为了检验由CO和H2合成气合成的某有机物M的组成，进行了如下测定：将1.84g M在氧气中充分燃烧，将生成的气体混合物通过足量的碱石灰，碱石灰增重4.08g，又知生成CO2和H2O的物质的量之比为3∶4。则M中碳、氢、氧原子个数之比为____。
(4)CO2和H2合成甲醇涉及以下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H=-49.58kJ/ml。在反应过程中可以在恒压的密闭容器中，充入一定量的CO2和H2，测得不同温度下，体系中CO2的平衡转化率与压强的关系曲线如图所示：
①反应过程中，表明反应达到平衡状态的标志是______。
A．生成3ml O-H键，同时断裂3ml H-H键 B．容器中气体的压强不再变化
C．容器中气体的平均摩尔质量不变 D．CH3OH的浓度不再改变
②比较T1与T2的大小关系：T1___T2(填“”)。
③在T1和P2的条件下，向密闭容器中充入1ml CO2和3ml H2，该反应在第5 min时达到平衡，此时容器的容积为2.4 L，则该反应在此温度下的平衡常数为____，保持T1和此时容器的容积不变，再充入1ml CO2和3ml H2，设达到平衡时CO2的总转化率为a，写出一个能够解出a的方程或式子___(不必化简，可以不带单位)。
答案：(1)CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=+(-p+3n+m)kJ·ml−1
(2)CH3OH+K2Cr2O7+4H2SO4=CO2+K2SO4+Cr2(SO4)3+6H2O
(3)3∶8∶3 CD ＜ 3
解析：(1)依据三个能量关系图像写出对应的热化学方程式：CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-m kJ·ml−1；H2(g)+O2(g)=H2O(g) ΔH2=n kJ·ml−1；CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-p kJ·ml−1；由盖斯定律得：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=ΔH3-3ΔH2-ΔH1=+(-p+3×n+m)kJ·ml−1；
(2)甲醇与酸性K2Cr2O7溶液反应生成CO2、Cr2(SO4)3，Cr的化合价降低3，碳的化合价升高6，根据电荷守恒，物料守恒可得CH3OH+K2Cr2O7+4H2SO4=CO2+K2SO4+Cr2(SO4)3+6H2O；
(3)根据1.84g M中含C x ml，含H y ml，据题意有，解得x=0.06，y=0.16；则1.84g M中含氧物质的量z==0.06ml，1ml M中含C、H、O分别为3、8、3，则M中碳、氢、氧原子个数之比为3∶8∶3；
(4)①A．断裂3ml H—H键就意味着消耗了3ml H2，CH3OH和H2O中均有H—O键，即反应生成了3ml O-H键，均表明正反应速率的变化关系，所以不能说明v正=v逆，故A错误；B．由于反应过程中容器的压强一直保持不变，故“压强不再变”的时刻也不能说明v正=v逆，故B错误；C．容器中反应物、生成物均为气体，气体总质量m一直保持不变，但反应前后气体物质的量差Δn≠0，即只有当反应达到平衡状态时，体系的总物质的量n才不再变化，故由M=知“平均摩尔质量不变”能够表明反应达到平衡状态，故C正确；D．“CH3OH的浓度不再改变”表明，单位时间内生成和消耗的CH3OH的浓度相等，即v正=v逆，反应达到平衡状态，故D正确；答案选CD；②由ΔH=-49.58kJ·ml−1＜0，知正反应为放热反应，在同一压强下，温度升高可使CO2的转化率降低，再由图像可知T1＜T2；③由图1知，在T1和p2的条件下，平衡时CO2的转化率为60%。消耗的CO2为1ml×60%=0.6 ml，故有如下关系：
结合容器的体积(2.4L)有，平衡体系中各物质的浓度为c(CO2)=ml·L−1，c(H2)=ml·L−1，c(CH3OH)=ml·L−1，c(H2O)=ml·L−1，则该条件下的平衡常数为；由于再充入原料气时，反应温度没变，即K不变。设达到平衡时CO2的总转化率为a，则整个过程中反应的CO2为2a ml，同理有如下关系：
。
6．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛，研究铁及其化合物的应用意义重大．回答下列问题：
(1)已知高炉炼铁过程中会发生如下反应：
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) ΔH1
Fe2O3(s)+1/3CO(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3CO2(g) ΔH2
Fe3O4(s)+CO(g)=3Fe(s)+CO2(g) ΔH3
Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) ΔH4
则ΔH4的表达式为_____(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
(2)上述反应在高炉中大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下：
1600℃时固体物质的主要成分为_____，该温度下若测得固体混合物中m(Fe)∶m(O)=35∶2，则FeO被CO还原为Fe的百分率为_________(设其它固体杂质中不含FeO元素)。
(3)铁等金属可用作CO与氢气反应的催化剂．已知某种催化剂可用来催化反应CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g) ΔH＜0。在T℃，106Pa时将lml CO和3ml H2加入体积可变的密闭容器中，实验测得CO的体积分数x(CO)如下表：
①能判断CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)达到平衡的是_____(填序号)。
a．容器内压强不再发生变化 b．混合气体的密度不再发生变化
c．v正(CO)=3v逆(H2) d．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
②达到平衡时CO的转化率为___________；在T℃ 106Pa时该反应的压强平衡常数Kp(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)的计算式为_____。
③图表示该反应CO的平衡转化率与温度、压强的关系。图中温度T1、T2、T3由高到低的顺序是_____，理由是_____________。
答案：(1)ΔH2+ΔH3 (2)FeO和Fe 80%
(3)bd 37.1% T3＞T2＞T1 正反应放热，在相同压强下，温度降低，平衡向正反应方向移动，CO的转化率升高
解析：(1)已知反应：Fe2O3(s)+CO(g)＝Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2
② Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe(s)+4CO2(g) ΔH3
③根据盖斯定律，将所给的反应②+③×可得：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)，故ΔH4=ΔH2+ΔH3，故答案为ΔH2+ΔH3；
(2)根据当1000℃时为FeO，在2000℃时为Fe，故在1600℃时固体物质的主要成分为FeO和Fe的混合物；设混合物中FeO的物质的量为x ml，Fe的物质的量为y ml，则有：=，即可求的x∶y=1∶4，故剩余的FeO和被还原为铁的FeO的物质的量之比为1∶4，则可知被还原的FeO的百分比为×100%=80%，故答案为FeO和Fe；80%；
(3)①a．由于此容器是个体积可变的容器，故为恒容的容器，则容器内压强一直不变，故不能作为反应达平衡的标志，故a错误；b．此反应在平衡前，气体的质量不变，但体积变小，故密度变大，故当混合气体的密度不再发生变化时能说明反应达平衡，故b正确；c．反应达平衡的根本标志是v正=v逆，所以3v正(CO)=v逆(H2)，故c错误；d．在反应达平衡之前，混合气体的质量不变，但物质的量变小，故混合气体的平均相对分子质量在变小，故当不变时能说明反应达平衡，故d正确。故选bd；②设反应达平衡时CO转化了x ml，则根据三段式可知：
CO(g) + 3H2(g)CH4(g)+H2O(g)
初始(n)： 1ml 3ml 0 0
Δn： x ml 3x ml x ml x ml
平衡(n)： (1-x)ml (3-3x)ml x ml x ml
结合平衡时CO的体积分数为0.193可知：=0.193，解得x=0.371，故达到平衡时CO的转化率为=×100%=37.1%；在T℃106Pa时该反应的压强平衡常数Kp==，故答案为37.1%；；③反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) ΔH＜0，温度越高，则平衡左移，CO的平衡转化率越低，根据图象可知，温度T3＞T2＞T1，故答案为T3＞T2＞T1；正反应放热，在相同压强下，温度降低，平衡向正反应方向移动，CO的转化率越高。
7．合成氨对人类生存具有重大意义，反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理，反应步骤与能量的关系如图所示（吸附在催化剂表面的微粒用*标注，省略了反应过程中部分微粒）。
①NH3的电子式是___________________。
②决定反应速率的一步是_______________（填字母a、b、c.…）。
③由图象可知合成氨反应的ΔH____0（填“＞”、“＜”或“=”）。
(2)传统合成氨工艺是将N2和H2在高温、高压条件下发生反应。若向容积为1.0L的反应容器中投入5ml N2、15ml H2，在不同温度下分别达平衡时，混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示：
①温度T1、T2、T3大小关系是_____________。
②M点的平衡常数K=________________（可用分数表示）。
(3)目前科学家利用生物燃料电池原理（电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子），研究室温下合成氨并取得初步成果，示意图如图：
①导线中电子移动方向是______________。
②固氮酶区域发生反应的离子方程式是_______________。
③相比传统工业合成氨，该方法的优点有___________________。
答案：(1) b ＜ (2)T3＞T2＞T1 7.32×10−3
(3)a→b N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+ 条件温和、生成氨的同时释放电能
解析：(1)①NH3分子中一个N原子与三个H原子形成3对共用电子对，N原子还有1对孤电子对，NH3电子式为：；②根据合成氨的反应机理与各步能量的关系图可知，反应b需要的能量最大，反应需要的能量越高，反应速率越慢，需要能量最高的反应决定总反应速率，所以决定反应速率的一步是b；③根据能量图，反应物的总能量高于产物的总能量，则反应为放热反应，ΔH＜0；
(2)①正反应为放热反应，相同压强下，温度越高，对应NH3的含量越小，所以图中温度T1、T2、T3大小关系是T3＞T2＞T1；②设M点N2反应的物质的量为x ml，反应三段式为：
M点平衡时NH3的质量分数为40%，即=40%，可得x=2，则平衡时c(N2)=3ml/L，c(H2)=9ml/L，c(NH3)=4ml/L，平衡常数为K==7.32×10−3；
(3)①根据装置电极b上MV2+转化为MV+可知，b电极为正极、a电极为负极，原电池工作时，电子从负极a电极经过导线流向正极b电极，即a→b；②固氮酶区域中N2转化为NH3，MV+转化为MV2+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，所以发生的反应为：N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+；③该电化学装置工作时，可将化学能转化为电能，同时利用生物酶在室温下合成氨，不需要高温条件、反应条件温和，所以与传统化工工艺相比，该工艺的优点为：条件温和、生成氨的同时释放电能。
8．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟氯代烷作制冷剂，利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g) ΔH=-90.8kJ·ml−1
2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-23.5kJ·ml−1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3kJ·ml−1
请回答下列问题。
(1)由H2和CO直接制备二甲醚的总反应：3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=________。一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的平衡转化率，可以采取的措施有________（填字母代号）。
a．高温高压 b．加入催化剂 c．分离出CO2 d．增加CO的量 e．分离出二甲醚
(2)某温度下反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
①比较此时正、逆反应速率的大小：v正___（填“＞”“＜”或“=”）v逆。
②若加入CH3OH后，经10min反应达到平衡，此时c（CH3OH）=________，该时间段内v（CH3OH）=________
(3)有研究者在催化剂（含Cu—Zn—Al—O和Al2O3）、压强为5.0MPa的条件下，在相同时间内测得CH3OCH3产率随温度变化的曲线如图甲所示。其中CH3OCH3产率随温度升高而降低的原因可能是_____________________________________。
(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点，可用于电化学降解治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NOeq \\al(−,3)的原理如图乙所示。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应式为____________________；若电解过程中转移了2ml电子，则阳极室减少的质量为_________g。
答案：(1)-246.4kJ·ml−1 ce (2)＞ 0.04ml·L−1 0.04ml·L−1·min−1
(3)290℃之后，反应达平衡，合成二甲醚的正反应放热，温度升高，平衡向逆向移动产率降低（或温度升高，催化剂失活）
(4)CH3OCH3+3H2O-12e−=2CO2↑+12H+ 18
解析：(1)已知：①2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g) ΔH=-90.8kJ·ml−1
②2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-23.5kJ·ml−1
③CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3kJ·ml−1
根据盖斯定律，①×2+②+③即得到目标方程式的反应热ΔH4=2ΔH1+ΔH2+ΔH3=-246.4kJ·ml−1；若提高CO的转化率，则需要减少生成物的浓度、增大H2量、降低温度、增大压强等方法，故ce正确；
(2)该状态下浓度商Q==1.86＜400，说明平衡需要向正向移动，此时正反应速率大于逆反应速率；设10min内c(CH3OH)的减少量为2x ml/L，根据化学反应式
K=，解得x=0.2，故10min内CH3OH浓度减小0.4ml/L，此时c(CH3OH)=0.04ml/L；这段时间内v(CH3OH)==0.04ml·L−1·min−1；
(3)升高温度二甲醚的产率升高，但是当温度超过290℃的时候，产率下降，原因可能是290℃之后，反应达平衡，合成二甲醚的正反应放热，温度升高，平衡向逆向移动产率降低；
(4)二甲醚直接燃料电池的总反应是：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O，因电解质溶液是酸性溶液，故负极反应式为CH3OCH3+3H2O-12e−=2CO2↑+12H+；电解过程中Ag-Pt电极的电极方程式为2NOeq \\al(−,3)+10e−+12H+=N2↑+6H2O，Pt电极的电极方程式为2H2O-4e−=4H++O2↑，电解过程中转移2ml电子，阳极需要消耗18g水。
9．科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示(条件及物质未标出)。
(1)已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ·ml－1、283.0 kJ·ml－1、285.8 kJ·ml－1，则上述流程中第一步反应2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝________。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，某温度下，将1 ml CO2和3 ml H2充入体积不变的2 L密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下表：
①用H2表示前2 h的平均反应速率v(H2)＝________；
②该温度下，CO2的平衡转化率为________。
(3)在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生(2)中反应，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数为Kp＝________(MPa)－2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系。
①该反应的ΔH________0(填“>”或“