【題目】研究煤的合理利用及CO2的綜合應(yīng)用有著重要的意義。請(qǐng)回答以下問題:
I.煤的氣化
已知煤的氣化過程涉及的基本化學(xué)反應(yīng)有:
C(s)+H20(g)CO(g)+H2(g) △H=+131kJ/mol
②CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=akJ/mol
查閱資料反應(yīng)②中相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表:
化學(xué)鍵 | H-H | H—C | H-O | |
E/(kJ/mol) | 1072 | 436 | 414 | 465 |
(1)煤直接甲烷化反應(yīng)C(s)+2H2(g)CH4(g)的△H為_______kJ/mol,該反應(yīng)在______(填“髙溫”或“低溫”)下自發(fā)進(jìn)行。
Ⅱ.合成低碳烯烴
在體積為1 L的密閉容器中,充入1molCO2和2.5molH2,發(fā)生反應(yīng):
2C02(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H20(g) △H=-128kJ/mol,測(cè)得溫度對(duì)催化劑催化效率和 C02平衡轉(zhuǎn)化率的影響如圖所示:
(2)圖中低溫時(shí),隨著溫度升高催化劑的催化效率提高,但C02的平衡轉(zhuǎn)化率卻反而降低,其原因是__________。
(3)250℃時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為__________。
Ⅲ.合成甲醇
在恒溫2 L容積不變的密閉容器中,充入lmolC02和3molH2,發(fā)生反應(yīng):C02(g)+3H2(g)CH30H(g)+H20(g),測(cè)得不同時(shí)刻反應(yīng)前后容器內(nèi)壓強(qiáng)變化(p后/p前)如下表:
時(shí)間/h | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
p后/p前 | 0.90 | 0.85 | 0.82 | 0.81 | 0.80 | 0.80 |
(4)反應(yīng)前1小時(shí)內(nèi)的平均反應(yīng)速率V(H2)為_________mol/(L·h),該溫度下C02的平衡轉(zhuǎn)化率為_________。
IV.電解逆轉(zhuǎn)化制乙醇
(5)科研人員通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):C02可以在酸性水溶液中電解生成乙醇,則生成乙醇的反應(yīng)發(fā)生在_________極(“陰”或“陽”),該電極的反應(yīng)式為_________。
【答案】-75 低溫 △H<0,溫度升高,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低 1 0.3 40% 陰 2CO2+12H++12e-=CH3CH2OH+3H2O
【解析】
(1)根據(jù)蓋斯定律分析解答,反應(yīng)若自發(fā)進(jìn)行,則△G=△H -T△S<0;
(2)根據(jù)溫度對(duì)催化劑的催化活性和對(duì)平衡移動(dòng)的影響分析CO2的平衡轉(zhuǎn)化率;
(3)利用化學(xué)平衡常數(shù)的定義式計(jì)算;
(4)根據(jù)在恒容密閉容器內(nèi),氣體的壓強(qiáng)比等于氣體的物質(zhì)的量的比,計(jì)算出H2物質(zhì)的量的改變值,再根據(jù)速率的定義計(jì)算,同時(shí)利用變化關(guān)系式計(jì)算出平衡時(shí)CO2改變的物質(zhì)的量,利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率為質(zhì)量除以起始量,計(jì)算出該溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率;
(5)根據(jù)陽極發(fā)生氧化反應(yīng),陰極發(fā)生還原反應(yīng),結(jié)合溶液的酸堿性書寫電極反應(yīng)式。
(1)根據(jù)反應(yīng)方程式①CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=akJ/mol可知:△H=(1072+436×3-4×414-2×465)kJ/mol=-206kJ/mol,由①+②整理可得:C(s)+2H2(g)CH4(g)的△H=+131kJ/mol+(-206kJ/mol)=-75kJ/mol,該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng),根據(jù)體系的自由能公式△G=△H-T△S,若反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,則△G=△H -T△S<0,所以溫度較低時(shí)△G<0,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,故答案為:-75,低溫。
(2)由圖分析可知在250℃時(shí)催化劑活性最大,在低于該溫度時(shí),升高溫度,催化劑活性增強(qiáng),而CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而降低,是由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng),使反應(yīng)物CO2的轉(zhuǎn)化率降低,故答案為:△H<0,溫度升高,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低。
(3)在250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,根據(jù)起始時(shí)加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量及反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)中各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系可知,達(dá)到平衡時(shí)各種物質(zhì)的平衡濃度分別為c(CO2)=0.5mol/L,c(H2)=1.0mol/L,c(C2H4)=0.25mol/L,c(H2O)=1.0mol/L,則該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.25×14/0/52×16=1,故答案為:1。
(4)化學(xué)反應(yīng):2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
n(開始)/mol 1 3 0 0
1h/mol x 3x x x
△n/mol y 3y y y
在1h時(shí)氣體的總物質(zhì)的量n=1-x+3-3x+x+x=(4-2x)mol,開始時(shí)總物質(zhì)的量為4mol,根據(jù)P后/P前=(4-2x)/4=0.90,解得x=0.2mol,所以H2改變的物質(zhì)的量為3×0.2mol=0.6mol,V(H2)=△c/△t=0.6mol/2L/1h=0.3mol/(L·h),在平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量n=1-y+3-3y+y+y=(4-2y)mol,開始時(shí)總物質(zhì)的量為4mol,根據(jù)P后/P前=(4-2y)/4=0.80,解得y=0.4mol,所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.4mol/1mol×100%=40%,故答案為:0.3,40%。
(5)CO2中碳元素的化合價(jià)為+4價(jià),乙醇CH3CH2OH中C的平均化合價(jià)為-2價(jià),化合價(jià)降低,獲得電子,所以生成乙醇的反應(yīng)發(fā)生在陰極,在酸性條件下,CO2在陰極獲得電子,變成乙醇,電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e-=CH3CH2OH+3H2O,故答案為:陰,2CO2+12H++12e-=CH3CH2OH+3H2O。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列指定反應(yīng)的離子方程式正確的是
A. Ca(ClO)2溶液中通入少量SO2:Ca2++2ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+H++Cl-+ HClO
B. 向FeCl2溶液加入足量NaClO溶液:6Fe2++3ClO-+3H2O=2Fe(OH)3↓+4Fe3++3Cl-
C. NH4HCO3溶液和過量的NaOH溶液混合:HCO+OH-===CO+H2O
D. 向Fe(NO3)3溶液中加入足量的HI溶液:2Fe3++2I-= 2Fe2++I2
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】飲用水中的NO3對(duì)人類健康會(huì)產(chǎn)生危害,為了降低飲用水中NO3的濃度,可以在堿性條件下用鋁粉將NO3還原為N2,其化學(xué)方程式為:
10Al+6NaNO3+4NaOH=10NaAlO2+3N2↑+2H2O。請(qǐng)回答下列問題:
(1)上述反應(yīng)中,被氧化的元素_________,還原產(chǎn)物是________。
(2)用“雙線橋法”表示反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目:_______________。
10Al+6NaNO3+4NaOH=10NaAlO2+3N2↑+2H2O
(3)反應(yīng)中每生成標(biāo)況下22.4L N2,轉(zhuǎn)移_______mol電子。
(4)請(qǐng)配平下列離子方程式。
____Fe2++____H+ +____NO3=____Fe3+ +____N2O↑+____H2O
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】I.配制480 mL 0.2mol/L NaOH溶液。具體如下:
(1)需______gNaOH。
(2)配制過程中,下列儀器不會(huì)用到的是__________(填序號(hào)),尚缺少的玻璃儀器是______________。
A.托盤天平 B.250mL容量瓶 C.玻璃棒 D.膠頭滴管
(3)實(shí)驗(yàn)過程中兩次用到玻璃棒,其作用分別是:______________、_________。
(4)定容操作:將蒸餾水注入所選的容器中,直到其中液面接近其刻度線____________處時(shí),改用____________滴加蒸餾水至溶液的__________正好與刻度線_______。將瓶塞子蓋好,反復(fù)____________搖勻。
(5)下列操作的正確順序是(用字母表示)B→_____→________→______→__________→_____→G。
A.轉(zhuǎn)移 B.稱量 C.定容 D.洗滌 E.冷卻 F.溶解 G.搖勻
II.乙同學(xué)用18.4mol/l濃硫酸配制100ml 3.6mol/L的稀硫酸。
用100 ml 量筒量取20 ml 濃硫酸,并向其中小心地加入少量水,攪拌均勻,待冷卻至室溫后,再加入水至100 ml 刻度線,再攪拌均勻。
指出其中錯(cuò)誤之處____________________________。
III.在配制一定物質(zhì)的量濃度溶液時(shí),下列操作出現(xiàn)的后果是(填:“偏低”.“偏高”.“無影響”):
(1)配制氫氧化鈉溶液時(shí),稱取已吸潮的氫氧化鈉固體。_____________。
(2)配制氫氧化鈉溶液時(shí),容量瓶中有少量水。______________。
(3)發(fā)現(xiàn)溶液液面超過刻度線,用吸管吸出少量水,使液面降至刻度____________。
(4)轉(zhuǎn)移時(shí)不慎將溶液倒在瓶外;____________;
(5)定容時(shí)俯視容量瓶刻度線:____________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】已知液氨的性質(zhì)與水相似。T ℃時(shí),NH3+NH3NH4 ++NH2-,NH4+的平衡濃度為1×10-15 mol·L-1,則下列說法中正確的是( )
A. 在此溫度下液氨的離子積為1×10-14
B. 在液氨中放入金屬鈉,可生成NaNH2
C. 恒溫下,在液氨中加入NH4Cl,可使液氨的離子積減小
D. 降溫,可使液氨電離平衡逆向移動(dòng),且c(NH4+)<c(NH2-)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】氮氧化物(NOx)是大氣污染物之一。工業(yè)上在一定的溫度和催化劑條件下,可用NH3來消除NOx的污染,生成兩種對(duì)環(huán)境無害的物質(zhì)。
(1)請(qǐng)寫出NH3與NO2反應(yīng)的化學(xué)方程式____。
(2)①寫出實(shí)驗(yàn)室中由固體物質(zhì)制取氨氣的化學(xué)方程式__;
②欲收集一瓶干燥的氨氣,選擇下圖中的裝置,其連接順序?yàn)椋喊l(fā)生裝置→____(按氣流方向,用小寫字母表示)
(3)電解法處理含氮氧化物廢氣,可回收硝酸,具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)驗(yàn)室模擬電解法吸收NOx的裝置如圖所示(圖中電極均為石墨電極)。若用NO2氣體進(jìn)行模擬電解法吸收實(shí)驗(yàn)。
①寫出電解時(shí)NO2發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式:___。
②若有標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LNO2被吸收,通過陽離子交換膜(只允許陽離子通過)的H+為__mol。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下面是實(shí)驗(yàn)室制乙烯并檢驗(yàn)其性質(zhì)的裝置圖,請(qǐng)回答:
(1)寫出圓底燒瓶中反應(yīng)的方程式______________________________;
(2)燒瓶中混合液逐漸變黑,并產(chǎn)生某些無機(jī)雜質(zhì)氣體,寫出產(chǎn)生雜質(zhì)氣體的化學(xué)方程式:____________________________________________;
(3)為了檢驗(yàn)乙烯的生成及乙烯的不飽和性,試管中應(yīng)盛放_________,現(xiàn)象為___________;
(4)洗瓶中盛放的試劑為____________________,作用__________________.
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】完成下列實(shí)驗(yàn)所選擇的裝置或儀器(夾持裝置已略去)正確的是( )
A | B | C | D | |
實(shí)驗(yàn) | 制取少量純凈的CO2氣體 | 用CCl4提取溴水中的Br2 | 除去CO2中少量的HCl | 蒸干NaCl飽和溶液制備NaCl晶體 |
裝置或儀器 |
A.AB.BC.CD.D
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】砷和鎳均為重要的無機(jī)材料,在化工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
(1)基態(tài)As原子的價(jià)層電子的電子云輪廓圖形狀為_____________。與砷同周期的主族元素的基態(tài)原子中,第一電離能最大的為_____________(填元素符號(hào)。)
(2)Na3AsO3可用于碘的微量分析。
①Na+的焰色反應(yīng)呈黃色,金屬元素能產(chǎn)生焰色反應(yīng)的微觀原因?yàn)?/span>__________________________。
②Na3AsO3中所含陰離子的立體構(gòu)型為_____________,寫出一種與其互為等電子體的分子:_____________(填化學(xué)式)。
(3)可用于合成Ni2+的配體,M中C原子的雜化方式為___________,其所含鍵和π鍵的數(shù)目之比為___________。
(4)Ni與Ca處于同一周期,且核外最外層電子構(gòu)型相同,但金屬Ni的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)均比金屬Ca的高,其原因?yàn)?/span>___________。區(qū)分晶體Ni和非晶體Ni的最可靠的科學(xué)方法為___________。
(5)某砷鎳合金的晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示,設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則該晶體的密度ρ=___________g·cm-3。
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