第30题 基本概念、基本理论的综合应用
1．2016年10月11日，神舟十一号飞船搭乘CZ—2F火箭成功发射。在重达495吨的起飞重量中，95%的都是化学推进剂。
(1)降冰片烯(C7H10)是一种重要的高密度液体燃料化学推进剂。已知：
燃料 降冰片烯 密度/g·cm 1.0 －3体积热值/J·L1－ 74.2×10
写出表示降冰片烯标准燃烧热的热化学方程式：_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)CH3OH和液氧是常用的液体火箭推进剂。 ①已知：CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(l) ΔH1
2H2(g)＋O2(l)===2H2O(l) ΔH2 CH3OH(g)===CH3OH(l) ΔH3
2CH3OH(l)＋3O2(l)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH4 则ΔH4＝________(用ΔH1、ΔH2、ΔH3来表示)。 ②某温度下，发生反应CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)。在体积为2 L的密闭容器中加
入1 mol CH3OH和1 mol H2O，第4 min达到平衡，容器内c(CO2)随时间的变化情况如图1所示，求此反应在该温度下的平衡常数____________。保持其他条件不变，在第5 min时向体系中再充入0.2 mol CO2和0.4 mol H2，第8 min重新达到平衡，此时c(H2)＝c(CH3OH)。请在图中画出5～9 min的c(CO2)变化曲线示意图。
(3)NH4NO3也是一种重要的固体推进剂，可通过电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图2所示，A电极的名称为________极，请写出在B电极上发生的电极反应式：
________________________________________________________________________。
1
19－1
答案 (1) C7H10(l)＋O2(g)===7CO2(g)＋5H2O(l) ΔH＝－3 948 kJ·mol
2(2)①3ΔH2－2ΔH1－2ΔH3 ②59.26
(3)阴 NO－3e＋2H2O===NO3＋4H
解析 (1)C7H10的摩尔质量为94 g·mol，故燃烧1 mol降冰片烯标准燃烧热为ΔH＝－(4.2× 10 J·L×94 g·mol÷1000 g·L)＝－3 948 kJ·mol，故热化学方程式为19
C7H10(l)＋O2(g)
2
===7CO2(g)＋5H2O(l) ΔH＝－3 948 kJ·mol。 (2)已知：ⅰ、CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(l) ΔH1
－1
7
－1
－1
－1
－1
－1
－
－
＋
ⅱ、2H2(g)＋O2(l)===2H2O(l) ΔH2 ⅲ、CH3OH(g)===CH3OH(l) ΔH3
根据盖斯定律可知3×ⅱ－2×ⅰ－2×ⅲ即得到2CH3OH(l)＋3O2(l)===2CO2(g)＋4H2O(l)的ΔH4＝3ΔH2－2ΔH1－2ΔH3。
② CO2(g)＋3H2(g)
－1
CH3OH(g)＋H2O(g)
起始浓度/mol·L 0 0 0.5 0.5 变化浓度/mol·L 0.1 0.3 0.1 0.1 平衡浓度/mol·L 0.1 0.3 0.4 0.4
0.4×0.4
所以K＝3≈59.26；反应物浓度增大，使平衡不断向正反应方向进行，因此图像为
0.1×0.3
－1－1
2
。
(3)由图可知，A极上NO生成NH4，发生还原反应，为电解池阴极；B极上NO生成NO3，发生氧化反应，故电极反应方程式为：NO－3e＋2H2O===NO3＋4H。
2．(2018·余姚中学高三选考模拟)氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下图所示：
－
－
＋
＋
－
已知：反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如下图所示。
(1)①试说明反应Ⅰ能否发生自发反应：_______________________________________ ________________________________________________________________________。 ②反应Ⅰ、Ⅱ达平衡后，若在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，CO的体积分数会________(填“上升”“不变”或“下降”)。
(2)反应Ⅱ，在进气比[n(CO)∶n(H2O)]不同时，测得相应的CO的平衡转化率见图1：
(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)
3
①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD________TE(填“<”“＝”或“>”)。 ②经分析计算，A、E和G三点对应的反应温度相同，理由是____________________________ ________________________________________________________________________。 ③在图2中，画出D点所对应温度下CO平衡转化率随进气比[n(CO)∶n(H2O)]变化的曲线。 ④以熔融Na2CO3为电解质的乙醇燃料电池具有广泛的应用，写出其负极的电极反应方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)①反应ⅠCH3CH2OH(g)＋H2O(g)===2CO(g)＋4H2(g) ，ΔS>0，根据化学平衡常数与温度的关系可知ΔH>0 ，高温下可自发进行 ②上升
(2)①< ②经计算，A、E、G三点平衡常数相同，故反应温度相同 ③(趋势正确，且必须穿过F、G之间)
④C2H5OH－12e＋6CO3===8CO2＋3H2O
解析 (1)①反应ⅠCH3CH2OH(g)＋H2O(g)===2CO(g)＋4H2(g) ，ΔS>0，根据化学平衡常数与温度的关系可知ΔH>0 ，高温下可自发进行。
②在恒温恒压条件下，向体系中充入N2相当于增大了容器的体积，有利于反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ平衡不移动，CO的体积分数会增大。 (2)①已知CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)
－
2－
ΔH＜0，反应为放热反应，升温平衡逆向移动，CO转化率减小，图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。D点CO转化率大于E点CO转化率，说明TD 4
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