运用化学反应原理知识研究如何利用\(\rm{CO}\)、\(\rm{SO_{2}}\)等有重要意义。

\(\rm{(1)}\) 用\(\rm{CO}\)可以合成甲醇。

已知：

\(\rm{CH_{3}OH(g)+\dfrac{3}{2}O_{2}(g)=CO_{2}(g)+2H_{2}O(l)}\)　　\(\rm{ΔH=-764.5 kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{CO(g)+\dfrac{1}{2}O_{2}(g)=CO_{2}(g)}\)　 \(\rm{ΔH=-283.0 kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{H_{2}(g)+\dfrac{1}{2}O_{2}(g)=H_{2}O(1)}\)　   \(\rm{ΔH=-285.8 kJ·mol^{-1}}\)

则\(\rm{CO(g)+2H_{2}(g)⇌ CH_{3}OH(g)}\)　\(\rm{ΔH=}\)____\(\rm{ kJ·mol^{-1\;}}\)

\(\rm{(2)}\) 下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是____\(\rm{(}\)填字母\(\rm{)}\)。 

\(\rm{a.}\) 使用催化剂　　　　　　　　\(\rm{b.}\) 降低反应温度

\(\rm{c.}\) 增大体系压强        \(\rm{d.}\) 不断将\(\rm{CH_{3}OH}\)从反应混合物中分离出来

\(\rm{(3)}\) 在一定压强下，容积为\(\rm{V L}\)的容器中充入\(\rm{a mol CO}\)与\(\rm{2a mol H_{2}}\)，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

\(\rm{①p_{1}}\)____\(\rm{(}\)填“大于”、“小于”或“等于”\(\rm{)p_{2}}\)。 

\(\rm{②100℃}\)时，该反应的化学平衡常数\(\rm{K=}\)____\(\rm{(}\)用含\(\rm{a}\)、\(\rm{V}\)的代数式表示\(\rm{)}\)。 

\(\rm{③100℃}\)时，达到平衡后，保持压强\(\rm{p_{1}}\)不变的情况下，向容器中通入\(\rm{CO}\)、\(\rm{H_{2}}\)、\(\rm{CH_{3}OH}\)各\(\rm{0.5a mol}\)，则平衡____\(\rm{(}\)填“向左”、“不”或“向右”\(\rm{)}\)移动。 

\(\rm{(4)}\) 利用原电池原理，用\(\rm{SO_{2}}\)、\(\rm{O_{2}}\)和\(\rm{H_{2}O}\)来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式：               。 

\(\rm{(5) Na_{2}SO_{3}}\)溶液与\(\rm{CaCl_{2}}\)溶液混合会生成难溶的\(\rm{CaSO_{3}(K_{sp}=3.1×10^{-7})}\)，现将等体积的\(\rm{CaCl_{2}}\)溶液与\(\rm{Na_{2}SO_{3}}\)溶液混合，若混合前\(\rm{Na_{2}SO_{3}}\)溶液的物质的量浓度为\(\rm{2×10^{-3} mol·L^{-1}}\)，则生成沉淀所需\(\rm{CaCl_{2}}\)溶液的最小物质的量浓度为____。用\(\rm{Na_{2}SO_{3}}\)溶液充分吸收\(\rm{SO_{2}}\)得\(\rm{NaHSO_{3}}\)溶液，然后电解该溶液，电解原理示意图如下图所示。请写出该电解池发生反应的化学方程式：               。 

已知：\(\rm{C(s)+H_{2}O(g)═CO(g)+H_{2}(g)}\)  \(\rm{ΔH=+130 kJ·mol^{-1}}\)  \(\rm{2C(s)+O_{2}(g)═2CO(g)}\)  \(\rm{ΔH=-220 kJ·mol^{-1}}\)。断开\(\rm{1 mol H—H}\)键、\(\rm{O═O}\)键分别需要吸收\(\rm{436 kJ}\)、\(\rm{496 kJ}\)的热量，则断开\(\rm{1 mol O—H}\)键需要吸收的热量为  \(\rm{(}\)    \(\rm{)}\)

\(\rm{(14}\)分\(\rm{)}\)甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张。工业上利用\(\rm{CO}\)可以合成甲醇。

\(\rm{(1)}\)已知：\(\rm{C{H}_{3}OH\left(g\right)+ \dfrac{3}{2}{O}_{2}(g)=C{O}_{2}(g)+2{H}_{2}O(l)\;\;∆H=-764.5KJ·mo{l}^{-} CO(g)}\)、\(\rm{H_{2}(g)}\)的燃烧热分别为\(\rm{283.0 kJ·mol^{−1}}\)、\(\rm{285.8 kJ·mol^{−1}}\)，则：\(\rm{CO\left(g\right)+2{H}_{2}(g)=C{H}_{3}OH\left(g\right)\;\;\;∆H= }\)           \(\rm{KJ·mo{l}^{-} }\) 

\(\rm{(2)}\)一定条件下，在容积为\(\rm{VL}\)的密闭容器中充入\(\rm{a molCO}\)与\(\rm{2a mol H_{2}}\)合成甲醇平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

\(\rm{①P_{1}}\)________\(\rm{P_{2}(}\)填“\(\rm{ > }\)” 、“\(\rm{ < }\)” 或“\(\rm{=}\)” \(\rm{)}\)，理由是___________________。

\(\rm{②}\)该甲醇合成反应在\(\rm{A}\)点的平衡常数\(\rm{K=}\)_______\(\rm{(}\)用\(\rm{a}\)和\(\rm{V}\)表示\(\rm{)}\)

\(\rm{③}\)该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是：\(\rm{CO}\)______\(\rm{H_{2}(}\)填“\(\rm{ > }\)” 、“\(\rm{ < }\)” 或“\(\rm{=}\)” \(\rm{)}\)

\(\rm{④}\)下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高\(\rm{CO}\)转化率的是__。

\(\rm{a.}\)使用高效催化剂     \(\rm{b.}\)降低反应温度 　  　\(\rm{c.}\)增大体系压强

\(\rm{d.}\)不断将\(\rm{CH_{3}OH}\)从反应混合物中分离出来       \(\rm{e.}\)增加等物质的量的\(\rm{CO}\)和\(\rm{H_{2}}\)

\(\rm{(3)}\)固体氧化物燃料电池\(\rm{(SOFC)}\)甲醇燃料电池以固体氧化物为电解质，采用铂作为电极催化剂，若燃料用甲醇，写出负极的电极反应式____。

\(\rm{(4)}\)利用上述反应，一定温度下，向容积相同的\(\rm{3}\)个密闭容器中，按照甲、乙、丙三种不同的投料方式加入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：下列说法正确的是_________________________ 

A.\(\rm{2c_{1} > c_{3}}\)   \(\rm{B.a+b < 90. 1}\)    \(\rm{C.2P_{2} < P_{3}}\)      \(\rm{D.α_{1}+α_{3} < 1}\)

铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。

\(\rm{(1)}\)真空碳热还原\(\rm{-}\)氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关反应的热化学方程式如下：

\(\rm{Al_{2}O_{3}(s)+AlCl_{3}(g)+3C(s) =3AlCl (g)+3CO(g) \triangle H = a kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{3AlCl(g)=2Al(l)+ AlCl_{3} (g)}\)   \(\rm{\triangle H = b kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{①}\)反应\(\rm{Al_{2}O_{3}(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)}\)的\(\rm{\triangle H=}\)________\(\rm{kJ·mol^{-1}(}\)用含\(\rm{a}\)、\(\rm{b}\)的代数式表示\(\rm{)}\)。

\(\rm{②Al_{4}C_{3}}\)也是该反应过程中的一种中间产物。\(\rm{Al_{4}C_{3}}\) 与盐酸反应\(\rm{(}\)产物之一是含氢量最高的烃\(\rm{)}\)的化学方程式为_______________。

\(\rm{③}\)甲烷和水反应可以制水煤气\(\rm{(}\)混合气体\(\rm{)}\)，在恒温、固定体积为\(\rm{V}\)升的密闭容器中的反应微观示意图如下所示，根据微观示意图得出的结论中，正确的是_____________。

\(\rm{a.}\) 该反应方程式为：\(\rm{CH_{4}+H_{2}O = CO+3H_{2}}\)

\(\rm{b.}\) 该反应平衡前后压强比为\(\rm{3}\)：\(\rm{4}\)

\(\rm{c.}\) 该反应体系中含氢元素的化合物有\(\rm{3}\)种

\(\rm{d.}\) 该反应中甲烷的平衡转化率为\(\rm{50\%}\)  一定条件下经过\(\rm{t}\)分钟达到化学平衡

\(\rm{④}\)水煤气中的\(\rm{H_{2}}\)可用于生产\(\rm{NH_{3}}\)，在进入合成塔前常用\(\rm{[Cu(NH_{3})_{2}]Ac}\)溶液来吸收其中的\(\rm{CO}\)，防止合成塔中的催化剂中毒，其反应是：

\(\rm{[Cu(NH_{3})_{2}]Ac_{(aq)} + CO_{(g)} + NH_{3(g)\;}}\) \(\rm{⇌ [Cu(NH_{3})_{3}]Ac·CO_{(aq)}}\)   \(\rm{\triangle H < 0}\)

\(\rm{[Cu(NH_{3})_{2}]Ac}\)溶液吸收\(\rm{CO}\)的适宜生产条件应是______。该条件下用气体表示的平衡常数表达式为：\(\rm{K=}\)__________

\(\rm{(2)}\)镁铝合金\(\rm{(Mg_{17}Al_{12} )}\)是一种潜在的贮氢材料，一般在氩气环境中将一定化学计量比的\(\rm{Mg}\)、\(\rm{Al}\) 单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下可完全吸氢得到的混合物\(\rm{Y(}\)含\(\rm{MgH_{2}}\) 和\(\rm{Al)}\)，\(\rm{Y}\)在一定条件下可释放出氢气。

\(\rm{①}\)熔炼制备镁铝合金\(\rm{(Mg_{17}Al_{12})}\)时通入氩气的目的是_________________。

\(\rm{②}\)写出镁铝合金\(\rm{(Mg_{17}Al_{12} )}\) 在一定条件下完全吸氢的化学方程式 _________________。

\(\rm{③}\)在\(\rm{6. 0mol·L^{-1}HCl}\) 溶液中，混合物\(\rm{Y}\) 能完全释放出\(\rm{H_{2}}\)。\(\rm{1mol Mg_{17} Al_{12}}\) 完全吸氢后得到的混合物\(\rm{Y}\) 与上述盐酸完全反应，释放出\(\rm{H_{2}}\) 的物质的量为_________。

已知下列反应：

\(\rm{SO_{2}(g)+2OH^{-} (aq) ═══SO\rlap{_{3}}{^{2-}} (aq)+H_{2}O(l)}\)　\(\rm{ΔH_{1}}\)

\(\rm{ClO^{-} (aq)+SO\rlap{_{3}}{^{2-}}(aq)═══SO\rlap{_{4}}{^{2-}}(aq)+Cl^{-}(aq)}\)　\(\rm{ΔH_{2}}\)

\(\rm{CaSO_{4}(s)═══Ca^{2+}(aq)+SO\rlap{_{4}}{^{2-}}(aq)}\)　\(\rm{ΔH_{3}}\)

则反应\(\rm{SO_{2}(g)+Ca^{2+}(aq)+ClO^{-}(aq)+2OH^{-} (aq) ═══CaSO_{4}(s)+H_{2}O(l)+Cl^{-} (aq)}\)的\(\rm{ΔH=}\)________。

\(\rm{(1)NaBH}\)\(\rm{{\,\!}_{4}}\)\(\rm{(s)}\)与\(\rm{H}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)\(\rm{O(l)}\)反应生成\(\rm{NaBO}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)\(\rm{(s)}\)和\(\rm{H}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)\(\rm{(g)}\)，在\(\rm{25℃}\)、\(\rm{101 kPa}\)下，已知每消耗\(\rm{3.8 g NaBH}\)\(\rm{{\,\!}_{4}}\)\(\rm{(s)}\)放热\(\rm{21.6 kJ}\)，该反应的热化学方程式是______________________________________________。

\(\rm{(2)}\)贮氢合金\(\rm{ThNi_{5}}\)可催化由\(\rm{CO}\)、\(\rm{H_{2}}\)合成\(\rm{CH_{4}}\)的反应，温度为\(\rm{T}\)时，该反应的热化学方程式为_____________________________________________。已知温度为\(\rm{T}\)时：\(\rm{CH_{4}(g)+2H_{2}O(g)═CO_{2}(g)+4H_{2}(g)}\)  \(\rm{ΔH=+165 kJ·mol^{-1,}}\)  \(\rm{CO(g)+H_{2}O(g)═CO_{2}(g)+H_{2}(g) ΔH=-41 kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{(3)FeSO_{4}}\)可转化为\(\rm{FeCO_{3}}\)，\(\rm{FeCO_{3}}\)在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。已知\(\rm{25℃}\)，\(\rm{101 kPa}\)时： \(\rm{4Fe(s)+3O_{2}(g)═2Fe_{2}O_{3}(s)}\)  \(\rm{ΔH=-1648 kJ/mol}\)，  \(\rm{C(s)+O_{2}(g)═CO_{2}(g)}\)  \(\rm{ΔH=-393 kJ/mol}\)，\(\rm{2Fe(s)+2C(s)+3O_{2}(g)═2FeCO_{3}(s)}\)  \(\rm{ΔH=-1480 kJ/mol}\)   ，\(\rm{FeCO}\)\(\rm{{\,\!}_{3}}\)在空气中加热反应生成\(\rm{Fe}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)\(\rm{O}\)\(\rm{{\,\!}_{3}}\)的热化学方程式是________________________________________________。

\(\rm{(4)}\)用\(\rm{O_{2}}\)将\(\rm{HCl}\)转化为\(\rm{Cl_{2}}\)，可提高效益，减少污染。传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现。其中，反应\(\rm{①}\)为\(\rm{2HCl(g)+CuO(s)⇌ H_{2}O(g)+CuCl_{2}(s)}\)  \(\rm{ΔH_{1\;\;\;,}}\)反应\(\rm{②}\)生成\(\rm{1 mol Cl}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)的反应热为\(\rm{ΔH}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)，则总反应的热化学方程式为_____________________________________________，\(\rm{(}\)反应热用\(\rm{ΔH_{1}}\)和\(\rm{ΔH_{2}}\)表示\(\rm{)}\)。

二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。

\(\rm{(1)}\)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解\(\rm{CO_{2}}\)发生反应：\(\rm{2CO_{2}(g)⇌ 2CO(g)+O_{2}(g)}\)，该反应的\(\rm{ΔH}\)________\(\rm{0}\)，\(\rm{ΔS}\)________\(\rm{0(}\)选填：“\(\rm{ > }\)”、“\(\rm{ < }\)”或“\(\rm{=}\)”\(\rm{)}\)。

\(\rm{(2)CO_{2}}\)转化途径之一是：利用太阳能或生物质能分解水制\(\rm{H_{2}}\)，然后将\(\rm{H_{2}}\)与\(\rm{CO_{2}}\)转化为甲醇或其他的化学品。已知：光催化制氢：\(\rm{2H_{2}O(l)═2H_{2}(g)+O_{2}(g)}\)　\(\rm{ΔH=571.5 kJ·mol^{-1}①H_{2}}\)与\(\rm{CO_{2}}\)耦合反应：\(\rm{3H_{2}(g)+CO_{2}(g)═CH_{3}OH(l)+H_{2}O(l)}\)　\(\rm{ΔH=-137.8 kJ·mol^{-1}②}\)

则反应：\(\rm{4H_{2}O(l)+2CO_{2}(g)═2CH_{3}OH(l)+3O_{2}(g)ΔH=}\)________\(\rm{kJ·mol^{-1}}\)。你认为该方法需要解决的技术问题有：________。

\(\rm{a.}\)开发高效光催化剂

\(\rm{b.}\)将光催化制取的氢从反应体系中有效分离，并与\(\rm{CO_{2}}\)耦合催化转化

\(\rm{c.}\)二氧化碳及水资源的来源供应

\(\rm{(3)}\)用稀氨水喷雾捕集\(\rm{CO_{2}}\)最终可得产品\(\rm{NH_{4}HCO_{3}}\)。在捕集时，气相中有中间体\(\rm{NH_{2}COONH_{4}(}\)氨基甲酸铵\(\rm{)}\)生成。为了测定该反应的有关热力学参数，将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中\(\rm{(}\)假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计\(\rm{)}\)，在恒定温度下使反应\(\rm{NH_{2}COONH_{4}(s)⇌ 2NH_{3}(g)+CO_{2}(g)}\)达到分解平衡。实验测得不同温度及反应时间\(\rm{(t_{1} < t_{2} < t_{3})}\)的有关数据见表。

表　氨基甲酸铵分解时温度、气体总浓度及反应时间的关系

\(\rm{①}\)氨基甲酸铵分解反应是：________反应\(\rm{(}\)选填：“放热”或“吸热”\(\rm{)}\)。在\(\rm{25 ℃}\)，\(\rm{0～t_{1}}\)时间内产生氨气的平均速率为：___________________________。

\(\rm{②}\)根据表中数据可换算出，\(\rm{15 ℃}\)时合成反应\(\rm{2NH_{3}(g)+CO_{2}(g)⇌ NH_{2}COONH_{4}(s)}\)平衡常数\(\rm{K}\)约为________。

环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污染，科学家构想了利用太阳能促进燃料的循环使用，其构想可用下图表示：

其中主要的反应为：

\(\rm{①2CO_{2} \overset{光能}{=} 2CO+O_{2}}\)  \(\rm{②2H_{2}O \overset{光能}{=} 2H_{2}+O_{2}}\)  \(\rm{③2N_{2}+6H_{2}O \overset{光能}{=} 4NH_{3}+3O_{2}}\)

\(\rm{④2CO_{2}+4H_{2}O \xrightarrow[]{光能} 2CH_{3}OH+3O_{2}}\)  \(\rm{⑤}\)________\(\rm{+H_{2}O \xrightarrow[]{光能} CH_{4}+}\)________。

请你填空：

\(\rm{(1)}\)请你将反应\(\rm{⑤}\)补充完整________\(\rm{;}\)____________。

\(\rm{(2)}\)过程Ⅱ中的\(\rm{ΔH}\)________\(\rm{0(}\)填“\(\rm{ < }\)”“\(\rm{ > }\)”或“\(\rm{=}\)”\(\rm{)}\)。

\(\rm{(3)}\)下列对过程Ⅰ和Ⅱ的描述中正确的是________。

\(\rm{a.}\)太阳能最终转化为化学能贮存于化学物质中 \(\rm{b.}\)太阳能最终主要转化为热能

\(\rm{c.}\)经过上述一个循环后放出\(\rm{O_{2}}\)  \(\rm{d.}\)经过上述一个循环后不会产生新物质

\(\rm{(4)}\)要实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程________\(\rm{(}\)填“Ⅰ”或“Ⅱ”\(\rm{)}\)，此过程的设计可参考自然界中________作用。

到目前为止，由化学能转变为热能或电能仍然是人类使用最主要的能源。

\(\rm{(1)}\)化学反应中放出的热能与反应物和生成物在反应过程中断键和形成新键过程中吸收和放出能量的大小有关。已知：\(\rm{H_{2}(g)+Cl_{2}(g)=2HCl(g)}\)　\(\rm{ΔH=-185 kJ/mol}\)，断裂\(\rm{1 mol H—H}\)键吸收的能量为\(\rm{436 kJ}\)，断裂\(\rm{1 mol Cl—Cl}\)键吸收的能量为\(\rm{247 kJ}\)，则形成\(\rm{1 mol H—Cl}\)键放出的能量为________。

\(\rm{(2)}\)燃料燃烧将其所含的化学能转变为我们所需要的热能。已知：

\(\rm{①CH_{4}(g)+2O_{2}(g)=CO_{2}(g)+2H_{2}O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{②C(s}\)，石墨\(\rm{)+O_{2}(g)=CO_{2}(g) ΔH=-393.5 kJ·mol^{-1}}\)

\(\rm{③2H_{2}(g)+O_{2}(g)=2H_{2}O(l)ΔH=-571.6 kJ·mol^{-1}}\)

标准状况下\(\rm{22.4 L}\)氢气和甲烷的混合气体在足量的氧气中充分燃烧反应放出\(\rm{588.05 kJ}\)的热量，原混合气体中氢气的质量是________。根据以上三个热化学方程式，计算\(\rm{C(s}\)，石墨\(\rm{)+2H_{2}(g)═══CH_{4}(g)}\)的反应热\(\rm{ΔH}\)为________。

\(\rm{(3)}\)磷酸铁锂\(\rm{(LiFePO_{4})}\)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。磷酸铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型\(\rm{LiFePO_{4}}\)通过黏合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。

电池工作时的总反应为\(\rm{Li_{1-x}FePO_{4}+Li_{x}C_{6}\overset{放电}{=} LiFePO_{4}+6C}\)，则充电时，\(\rm{Li^{+}}\)迁移方向为________\(\rm{(}\)填“由左向右”或“由右向左”\(\rm{)}\)，图中聚合物隔膜应为__________\(\rm{(}\)填“阳”或“阴”\(\rm{)}\)离子交换膜。