氮化钒广泛用于钢铁产业、储能、工业催化等领域。工业上可采用碳热还原氮化法制备时热化学方程式及平衡常数如下：Ⅰ.回答下列问题：

1. 氮化钒 $\text{[math]}$ 广泛用于钢铁产业、储能、工业催化等领域。工业上可采用碳热还原氮化法制备 $\text{[math]}$ 时热化学方程式及平衡常数如下：

Ⅰ. $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 钒元素在元素周期表中属于区。

(2) 反应Ⅰ分两步进行：

Ⅱ． $\text{[math]}$

Ⅲ． $\text{[math]}$

①反应Ⅰ的 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ (用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 表示)。

②升温有利于提高 $\text{[math]}$ 产率，从平衡移动角度解释。

(3) 通过热力学计算，不同压强下反应Ⅰ的 $\text{[math]}$ 随T变化如图所示，(填“高温低压”或“低温高压”)有利于该反应自发进行(已知 $\text{[math]}$ 时，反应可自发进行)。

(4) $\text{[math]}$ 参与反应可能的机理示意图如下。下列说法错误的是(填标号)。

A．反应过程中有非极性键断裂

B． $\text{[math]}$ 与V原子直接反应生成 $\text{[math]}$

C．该反应中活性位点是碳原子

(5) 反应过程中，含钒化合物的物质的量随时间变化如下图所示，前 $\text{[math]}$ 内化学反应速率 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 时的氮化率为%(答案均保留一位小数，已知氮化率 $\text{[math]}$ )。

【考点】

盖斯定律及其应用; 焓变和熵变; 化学平衡常数;

【答案】

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综合题普通

1. 二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)，该反应一般认为通过如下步骤来实现：

①CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(g) △H=41kJ•mol^-1

②CO(g)+2H₂(g)= CH₃OH(g) △H=-90kJ•mol^-1

回答下列问题：

(1) 总反应的△H=kJ•mol^-1。

(2) 若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是。 A.

(3) 根据以上信息判断CO₂与H₂制取甲醇的反应自发进行的条件是。 A. 高温 B. 低温 C. 任何温度 D. 任何条件下均不能自发

(4) 使用惰性电极通过电解原理也可以制取甲醇，其反应装置如图所示，则电极a应该接在电源的极(填“正”或“负”)；生成甲醇的电极反应式为。

(5) 在城市中常会在道路边缘看到有“煤气管道阳极检测桩”，如图所示。这个检测桩可能检测煤气管道上连接的金属。

A. Mg B. Na C. Cu D. Fe

综合题普通

2. $\text{[math]}$ 催化氢化是实现碳中和的重要途径之一，其反应原理如下：

Ⅰ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅱ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 。

(2) 在恒温恒容密闭容器中通入一定量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 发生反应，下列事实能说明容器内反应达到平衡状态的是(填标号)。

a．混合气体的压强不再发生变化 b．反应Ⅱ的化学平衡常数不再变化

c． $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的浓度之比为 $\text{[math]}$ d． $\text{[math]}$ 的体积分数不再发生变化

(3) 在某容器中进行反应Ⅰ和反应Ⅱ， $\text{[math]}$ 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。其中X表示的物理量为(填“温度”或“压强”)； $\text{[math]}$ (填“>”或“<”) $\text{[math]}$ ，理由是。

(4) 一定温度下，向容积为 $\text{[math]}$ 的恒容密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，平衡时， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的物质的量分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。

①能增大反应Ⅰ平衡常数的措施为；不影响平衡状态，但可缩短达到平衡时间的措施为。

②该温度下反应Ⅱ的平衡常数 $\text{[math]}$ 。

综合题困难

3. 甲酸是重要化工原料，在新能源领域应用潜力大，对环保和可持续发展也很重要。

(1) 根据以下信息，写出甲酸分解制氢的热化学方程式：。

已知： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

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

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

(2) 甲烷与 $\text{[math]}$ 定向转化制甲酸等物质的反应历程和能垒变化如图所示(部分自由基未画出)。有催化剂时，微粒吸附在催化剂表面进行反应。

①下列说法不正确的是。

A．甲烷定向制甲酸的反应是放热反应

B．该过程的决速步是甲烷产生自由基过程

C．从ⅰ→ⅱ的过程中，存在 $\text{[math]}$

D．微粒ⅱ和ⅲ是反应的中间体

②由 $\text{[math]}$ 生成 $\text{[math]}$ 的过程中， $\text{[math]}$ 产生自由基的过程可表示为。

(3) 利用甲酸钠脱除水体中的 $\text{[math]}$ ，反应的还原主产物是 $\text{[math]}$ ，存在中间产物 $\text{[math]}$ 和副产物 $\text{[math]}$ ，其他可能的还原产物不考虑。水体中 $\text{[math]}$ 初始浓度为 $\text{[math]}$ ，测得过程中 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 元素的含量)随时间变化如图所示。 $\text{[math]}$ 时 $\text{[math]}$ 转化完全，检测不到 $\text{[math]}$ 。

① $\text{[math]}$ 中N原子的杂化方式是。

②从开始到转化完全时，反应速率 $\text{[math]}$ 为(保留3位有效数字，下同) $\text{[math]}$ ，氮的脱除效率( $\text{[math]}$ )可以达到。

(4) 已知 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。常温下， $\text{[math]}$ 的甲酸钠溶液中， $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”) $\text{[math]}$ ，溶液 $\text{[math]}$ (写出此空的计算过程)。

综合题困难