碳及其化合物在生产、生活中广泛存在。请回答下列问题：已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：① ② 某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆查到如下热力学数据：

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1. 碳及其化合物在生产、生活中广泛存在。请回答下列问题：

已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆查到如下热力学数据：

(1) 反应①属于(填“高温”或“低温”)自发反应。反应①自发进行是由(填“焓变”或“熵变”)决定的。

(2) 已知：① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 平衡常数K₁

② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 平衡常数K₂

③ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 平衡常数K₃

写出K₁表达式K₁=；K₁、K₂、K₃之间的关系是K₃=；下列措施中能加快反应③速率，且增大H₂产率的是。

A．向体系中加入碳 B．恒容充入惰性气体 C．恒压充入惰性气体 D．充入水蒸气

(3) 煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气2L密闭容器中，发生如下反应 $\text{[math]}$ 。该反应平衡常数随温度的变化如表所示：该反应的正反应方向是反应(填“吸热”或“放热”)。

温度/℃	400	500	800
平衡常数/K	9.94	9	1

(4) 若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O起始浓度均为0.02mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为。

(5) 保持温度500℃不变，某一体积为1L的密闭容器中加入该反应中四种物质各2mol，则此时反应移动(填“正向”、“逆向”或“不”)，理由是：。

【考点】

盖斯定律及其应用;

【答案】

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综合题普通

1. 热力学标准状况(298.15K、101kPa)下，由稳定单质发生反应生成1mol化合物的反应热叫该化合物的生成热(∆H)。图甲为ⅥA族元素氢化物a、b、c、d的生成热数据示意图。试完成下列问题。

(1)①请你归纳非金属元素氢化物的稳定性与氢化物的生成热∆H的关系：。

②硒化氢在上述条件下发生分解反应的热化学方程式为。(已知该条件下除硒是固体，其余都是气体。)

(2)在25℃、101kPa下，已知SiH₄气体在氧气中完全燃烧后恢复至原状态，平均每转移1mol电子放热190kJ，该反应的热化学方程式是。

(3)根据图乙写出反应 $\text{[math]}$ 的热化学方程式：。

(4)由金红石( $\text{[math]}$ )制取单质Ti的步骤为： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ Ti

已知：I. $\text{[math]}$

II. $\text{[math]}$

III. $\text{[math]}$

① $\text{[math]}$ 的∆H=。

②反应 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 在Ar气氛中进行的理由是。

综合题普通

中国科学院科研人员在实验室里首次实现了以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，用一种类似“搭积木”的方式，构建了11步反应的人工合成淀粉，在未来，“空气”做馒头，“西北风”当饭“吃”可能不再是做梦。

Ⅰ．人工合成淀粉前两步涉及的反应如图1所示。

（1）已知 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，则反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ (用 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示)。

Ⅱ.11步反应，每一步反应条件的选择和调控都很重要，以第一步反应为例，向一定温度下的恒容密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和催化剂，发生反应： $\text{[math]}$ 。

（2）反应历程如下(TS表示过渡态，加*表示吸附在催化剂表面)。该合成甲醇的反应 $\text{[math]}$ 0(填“>”、“<”或“=”)，在(填“高温”或“低温”)下可自发进行，生成(填“ $\text{[math]}$ ”、“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”)的步骤为该反应的决速步骤。

（3）在恒容密闭容器中，使用两种不同催化剂进行实验，相同时间内 $\text{[math]}$ 的转化率与温度、催化剂(Catl、Cat2为两种不同的催化剂)的关系如图3所示。

a点时速率比较： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“>”、“<”或“=”，下同)；催化效率：Cat2Catl；

（4）已知 $\text{[math]}$ 催化加氢的主要反应如下：

主反应Ⅰ： $\text{[math]}$

副反应Ⅱ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

①下列措施一定能提高反应速率和甲醇产率的是(填标号)。

A．升高温度 B．通入He C．不改变投料比，增大反应物浓度

②在压强分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 时，将 $\text{[math]}$ 的混合气体置于恒容密闭容器中反应，不同温度下平衡时体系中 $\text{[math]}$ 转化率和 $\text{[math]}$ 、CO选择性如图所示。

已知： $\text{[math]}$ (或CO)的选择性 $\text{[math]}$ 。代表 $\text{[math]}$ 的选择性曲线是(填“a”、“b”、“c”或“d”)， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“>”、“<”或“=”)。温度高于250℃，曲线b上升的原因是。

综合题普通

3. 合成甲醇的绿色新途径是利用含有 $\text{[math]}$ 的工业废气为碳源，涉及的主要反应如下：

I． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅱ. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅲ.___________ $\text{[math]}$

(1) 已知 $\text{[math]}$ ，写出反应Ⅲ的热化学方程式：； $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 分别为反应I、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数，其关系为 $\text{[math]}$ 。

(2) 在恒温恒容下反应物投料比 $\text{[math]}$ 对 $\text{[math]}$ 平衡转化率 $\text{[math]}$ 的影响如图A所示，相同时间内甲醇产率 $\text{[math]}$ 随反应温度的变化如图B所示。

图A中随着投料比 $\text{[math]}$ 的增大， $\text{[math]}$ 增大的原因是。根据图B分析甲醇产率呈如图所示变化的原因是。

(3) 研发低温下优良的催化剂是目前二氧化碳加氢合成甲醇研究对象之一，通过相关实验获得两种催化剂X、Y对反应I的催化效能曲线如图所示，已知Arrhenius经验公式为 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 为速率常数， $\text{[math]}$ 为活化能，R和C为常数)。

其中催化效能较高的是(填“X”或“Y”)。

(4) 将 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 按投料比 $\text{[math]}$ 充入密闭容器中，在温度为 $\text{[math]}$ 、压强为 $\text{[math]}$ 时只发生反应Ⅲ，测得平衡时混合气体中 $\text{[math]}$ 的物质的量分数为50%，则 $\text{[math]}$ 的转化率为；压强平衡常数 $\text{[math]}$ (用平衡分压代替平衡浓度，平衡分压=总压×体积分数，用含 $\text{[math]}$ 的代数式表示)。

综合题普通

实验编号	反应物组成
a	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉末 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
b	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
c	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ 饱和石灰水
d	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ 石灰乳
e	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉末 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

温度/ $\text{[math]}$	950	1000	1050	1100	1150
$\text{[math]}$	0.5	1.5	3.6	5.5	8.5
$\text{[math]}$	0.0	0.0	0.1	0.4	1.8