3.氫氣是新型能源和重要化工原料.
已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H2
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H2
(1)科學(xué)家提出一種利用天然氣制備氫氣的方法:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H,△H=△H2-△H1-2△H3,這種方法的推廣與使用,不僅實(shí)現(xiàn)資源綜合利用,而且還能解決環(huán)境問題是減少二氧化碳排放,緩解溫室效應(yīng).
(2)氨氣是重要化工原料,在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位.
①在恒溫、容積相等的恒容密閉容器中投入一定量氮?dú)、氫氣,發(fā)生如下可逆反應(yīng):
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
實(shí)驗測得起始、平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如表所示:
容器編號起始時各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol平衡時反應(yīng)中的能量變化
H2N2NH3
3nn0放出熱量a kJ
3n2n0放出熱量b kJ
6n2n0放出熱量c kJ
下列判斷正確的是BC.
A.N2的轉(zhuǎn)化率:Ⅱ>I>Ⅲ
B.放出熱量:a<b<92.4n
C.達(dá)到平衡時氨氣的體積分?jǐn)?shù):Ⅲ>Ⅰ
D.平衡常數(shù):Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ
②在密閉恒容容器中投入一定量氮?dú)夂蜌錃,混合氣體中氨氣體積分?jǐn)?shù)和溫度關(guān)系如圖所示:
曲線TJ段變化主要原因是平衡之前,反應(yīng)向生成氨方向進(jìn)行,JL段變化的主要原因是該正反應(yīng)是放熱反應(yīng),平衡之后,升高溫度,平衡向逆方向移動,促進(jìn)氨分解,氨的體積分?jǐn)?shù)減小,氨氣正反應(yīng)速率:T點(diǎn)小于小于L點(diǎn)(填:大于、小于或等于).
③在2L密閉容器中充入一定量的氨氣,氨氣的物質(zhì)的量與反應(yīng)時間關(guān)系如表所示:
時間/min0510152025
NH3/mol21.00.50.250.240.24
在該條件下,前5分鐘H2平均反應(yīng)速率為0.15mol/(L•min).
④常溫下,在V mL的a mol•L-1稀硫酸溶液中滴加b mol•L-1稀氨水V mL恰好使混合溶液呈中性.此時,一水合氨的電離常數(shù)Kb=$\frac{2a}{(b-2a)×1{0}^{7}}$(用含a、b代數(shù)式表示).
(3)氫氣直接作燃料電池的理論輸出電壓為1.2V,能量密度E=$\frac{\frac{1.2V×\frac{1000g}{2g/mol×2×96500C/mol}}{1kg}}{3.6×1{0}^{6}J•k{W}^{-1}•{h}^{-1}}$=32.2kW•h•kg-1(列式計算,精確到小數(shù)點(diǎn)后一位.提示:能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量,1kW•h=3.6×106J,常用單位為kW•h•kg-1).

分析 (1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H2
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H2
由蓋斯定律②-①-2×③可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g);該方法減少了二氧化碳的排放;
(2)①恒溫相同體積的容器,以Ⅰ為參照,Ⅱ則相當(dāng)于在Ⅰ的平衡基礎(chǔ)上加入n mol氮?dú),平衡較Ⅰ正向移動,Ⅲ的初始投入量是Ⅰ的兩倍,則考慮為兩個Ⅰ的平衡總和,容積相同,則將兩個Ⅰ壓縮體積,所以Ⅲ相當(dāng)于對Ⅰ增大壓強(qiáng),平衡正向移動,據(jù)此分析;
②TJ段未達(dá)到平衡,反應(yīng)向生成氨方向進(jìn)行,溫度升高,反應(yīng)加快,氨氣體積分?jǐn)?shù)增大;當(dāng)J點(diǎn)達(dá)到平衡,JL段:該正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆方向移動,促進(jìn)氨分解,氨的體積分?jǐn)?shù)減。甃點(diǎn)溫度高于T點(diǎn)溫度,兩點(diǎn)的各物質(zhì)濃度相等;
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算氨氣表示的反應(yīng)速率,再由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算氫氣表示的反應(yīng)速率;
④稀溶液總體積等于兩種溶液體積之和,根據(jù)電荷守恒計算離子的濃度,根據(jù)電離平衡常數(shù)表達(dá)式計算即可;
(3)氫氣直接作燃料電池的負(fù)極上的反應(yīng)是:H2-2e-+2OH-=2H2O,根據(jù)能量密度定義計算即可.

解答 解:(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H2
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H2
由蓋斯定律②-①-2×③可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=△H2-△H1-2△H3;該方法減少二氧化碳排放,緩解溫室效應(yīng);
故答案為:△H2-△H1-2△H3;減少二氧化碳排放,緩解溫室效應(yīng);
(2)①A、實(shí)驗I和III比較,實(shí)驗III相當(dāng)于實(shí)驗I體積壓縮一半,加壓時平衡向正方向移動,N2轉(zhuǎn)化率增大,III中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于I中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率;I、II實(shí)驗中氫氣量相等,氮?dú)饬吭蕉,氮(dú)廪D(zhuǎn)化率減小,I中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于II中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率,故III、I、II中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率依次增大,A錯誤;
B、可逆反應(yīng)的熱化學(xué)方程式表示:1mol氮?dú)夂?mol氫氣完全反應(yīng)放出92.4kJ熱量.根據(jù)可逆反應(yīng)特點(diǎn),3mol氫氣和1mol氮?dú)獠荒芡耆蒒H3.II生成的氨氣量大于I,B項正確;
C、如果平衡不移動,III中氨氣量是I中2倍,氨氣體積分?jǐn)?shù)相等.在恒容條件下,I容器加壓變成III,增大壓強(qiáng),平衡向生成NH3方向移動,氨體積分?jǐn)?shù)增大,C正確;
D、溫度不變,平衡常數(shù)不變,三個容器中平衡常數(shù)相等,D錯誤;
故答案為:BC;
②TJ段未達(dá)到平衡,反應(yīng)向生成氨方向進(jìn)行,溫度升高,反應(yīng)加快,氨氣體積分?jǐn)?shù)增大;當(dāng)J點(diǎn)達(dá)到平衡,JL段:該正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆方向移動,促進(jìn)氨分解,氨的體積分?jǐn)?shù)減。甃點(diǎn)溫度高于T點(diǎn)溫度,兩點(diǎn)的各物質(zhì)濃度相等,所以,L點(diǎn)氨的正反應(yīng)速率較大;
故答案為:平衡之前,反應(yīng)向生成氨方向進(jìn)行;該正反應(yīng)是放熱反應(yīng),平衡之后,升高溫度,平衡向逆方向移動,促進(jìn)氨分解,氨的體積分?jǐn)?shù)減小;小于;
③由表可知,前5min生成氨氣1mol,則v(NH3)=$\frac{1mol÷2L}{5min}$=0.1mol/(L•min),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中速率之比等于系數(shù)之比,得出v(H2)=1.5v(NH3)=0.15mol/(L•min);
故答案為:0.15mol/(L•min);
④稀溶液總體積等于兩種溶液體積之和.根據(jù)電荷守恒有:c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-),當(dāng)溶液呈中性時c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol/L,推知:c(NH4+)=2c(SO42-),c(SO42-)=0.5a mol/L,c(NH4+)=a mol/L,c(NH3•H2O)+c(NH4+)=0.5b mol/L,c(NH3•H2O)=(0.5b-a)mol/L.Kb=$\frac{c(N{{H}_{4}}^{+})•c(O{H}^{-})}{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}$=$\frac{a×1{0}^{-7}}{0.5b-a}$=$\frac{2a}{(b-2a)×1{0}^{7}}$;
故答案為:$\frac{2a}{(b-2a)×1{0}^{7}}$;
(3)H2-2e-+2OH-=2H2O,根據(jù)能量密度定義,E=$\frac{\frac{1.2V×\frac{1000g}{2g/mol×2×96500C/mol}}{1kg}}{3.6×1{0}^{6}J•k{W}^{-1}•{h}^{-1}}$=32.2kW•h•kg-1,故答案為:$\frac{\frac{1.2V×\frac{1000g}{2g/mol×2×96500C/mol}}{1kg}}{3.6×1{0}^{6}J•k{W}^{-1}•{h}^{-1}}$=32.2kW•h•kg-1

點(diǎn)評 本題綜合考查學(xué)生化學(xué)反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡移動原理的應(yīng)用、溶液中離子濃度之間的關(guān)系等知識,注意知識的歸納和梳理是解題的關(guān)鍵,題目難度大.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

1.鐵及其化合物在日常生活、生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛.
(1)高鐵酸鈉(Na2FeO4)是水處理過程中的一種新型凈水劑,工業(yè)上利用NaClO 和NaOH的混合溶液將Fe(OH)3氧化性制備高鐵酸鈉,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH═2Na2FeO4+3NaCl+5H2O;高鐵酸鈉能用作新型凈水劑的原理是本身具有強(qiáng)氧化性可殺菌消毒,在反應(yīng)中被還原成三價鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體凈水,F(xiàn)e3++3H2O?Fe(OH)3(膠體)+3H+;(用離子方程式表示).
(2)氧化鐵紅顏料跟某些油料混合,可以制成防銹油漆.以黃鐵礦為原料制硫酸產(chǎn)生的硫酸渣中含F(xiàn)e2O3、SiO2、Al2O3、MgO等,用硫酸渣制備鐵紅(Fe2O3)的過程如下:

①酸溶過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe2O3+3H2SO4═Fe2(SO43+3H2O,Al2O3+3H2SO4═Al2(SO43+3H2O,MgO+H2SO4═MgSO4+H2O;“濾渣A”主要成份的化學(xué)式為SiO2
②還原過程中加入FeS2的目的是將溶液中的Fe3+還原為Fe2+,而本身被氧化為H2SO4,請寫出該反應(yīng)的離子方程式FeS2+14Fe3++8H2O═15Fe2++2SO42-+16H+
③氧化過程中,O2、NaOH與Fe2+反應(yīng)的離子方程式為4Fe2++O2+2H2O+8OH-=4Fe(OH)3↓.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

2.近年來發(fā)現(xiàn)用鈰(Ce)的氧化物可高效制取H2,制備原理如圖所示,已知0<δ<2,下列說法不正確的是( 。
A.太陽能最終轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能B.CeO2是水分解的催化劑
C.T<1050℃時,CeO2-δ比CeO2穩(wěn)定D.兩步反應(yīng)均屬于氧化還原反應(yīng)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.含撲熱息痛高分子藥物是最常用的非抗炎解熱鎮(zhèn)痛藥,解熱作用與阿司匹林相似,其合成流程圖如圖,其制備過程中還可制得高分子材料E,

已知:I.含撲熱息痛高分子藥物的結(jié)構(gòu)為:
II.
III.
(1)A的結(jié)構(gòu)簡式為撲熱息痛的結(jié)構(gòu)簡式為
(2)②的反應(yīng)類型為加成
(3)寫出C6H6O一種用途殺菌消毒
(4)D物質(zhì)其質(zhì)譜圖顯示相對分子質(zhì)量為100,通過燃燒實(shí)驗得知10.0g該物質(zhì)完全燃燒得到22.0gCO2與7.2gH2O.則D分子中所含官能團(tuán)為碳碳雙鍵和酯基
寫出D→E發(fā)生的化學(xué)方程式
(5)寫出含撲熱息痛高分子藥物與足量氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式
(6)寫出所以同時符合下列條件的D的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式:
①與D具有相同官能團(tuán)
②能發(fā)生眼鏡反應(yīng)
③H核磁共振譜中有四種不同環(huán)境的氫原子比例分別為1:2:2:3.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:推斷題

6.A、B、C、D、E、F和G都是有機(jī)化合物,它們的關(guān)系如圖所示:
(1)化合物C的分子式是C8H10O,C遇FeCl3溶液顯紫色,C苯環(huán)上的一溴代物只有兩種,則C的結(jié)構(gòu)簡式可能為(寫出一種即可).
(2)D為一直鏈化合物,其相對分子質(zhì)量比化合物C的小34,它能跟NaHCO3反應(yīng)放出CO2,則D結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH2COOH.
(3)反應(yīng)①的化學(xué)方程式是


.①反應(yīng)的反應(yīng)類型取代反應(yīng)
(4)芳香族化合物B是與A具有相同官能團(tuán)的同分異構(gòu)體,通過反應(yīng)②化合物B能生成E和F,E苯環(huán)上的一溴代物只有一種,
I.F中官能團(tuán)名稱羥基
II.E可能的結(jié)構(gòu)簡式是

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

8.將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為:2CO2(g)+6H2(g)$\stackrel{催化劑}{?}$CH3OCH3(g)+3H2O(l)
(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c(C{H}_{3}OC{H}_{3})}{{c}^{2}(C{O}_{2}){c}^{6}({H}_{2})}$;
(2)已知在某壓強(qiáng)下,該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時,達(dá)平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示:
①該反應(yīng)的△H<0;(填“>”或“<”).
②若溫度不變,減小反應(yīng)投料比$\frac{n({H}_{2})}{n(C{O}_{2})}$,K值將不變(填“增大”、“減小”或“不變”);
③700K投料比$\frac{n({H}_{2})}{n(C{O}_{2})}$=2時,達(dá)平衡時H2的轉(zhuǎn)化率a=45%;
(3)某溫度下,向體積一定的密閉容器中通入CO2(g)與H2(g)發(fā)生上述反應(yīng),下列物理量不再發(fā)生變化時,能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是ABC;
A.二氧化碳的濃度       B.容器中的壓強(qiáng)
C.氣體的密度           D.CH3OCH3與H2O的物質(zhì)的量之比
(4)某溫度下,在體積可變的密閉容器中,改變起始時加入各物質(zhì)的量,在不同的壓強(qiáng)下,平衡時CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量如表所示:
P1P2P3
I.2.0molCO2       6.0molH20.10mol0.04mol0.02mol
Ⅱ.1.0mol CO2      3.0molH2X1Y1Z1
Ⅲ.1.0molCH3OCH3   3.0molH2OX2Y3Z2
①P1>P2(填“>”“<”或“=”)
②X1=0.05mol
③P2下Ⅲ中CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率為96%.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

15.氮是重要的非金屬元素.
(1)工業(yè)上用N2(g)和H2合成NH3(g),反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
①氮?dú)獾慕Y(jié)構(gòu)式為N≡NNH3的電子式為
②T℃時,在一個容積為3L的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng),反應(yīng)開始時,n(N2)=6mol,n(H2)=12mol,2min后達(dá)到平衡,此時n(H2)=3mol.該反應(yīng)從反應(yīng)開始到平衡的平均化學(xué)反應(yīng)速率V(NH3)=1mol/(L•min),平衡常數(shù)為K=4(計算出結(jié)果)
③下列能說明上述反應(yīng)在恒溫恒容條件下已達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD(填編號)
A.3v(N2)=v(H2)           B.容器壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
C.容器內(nèi)氣體密度不再發(fā)生變化    D.N2的體積分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化
E.若單位時間內(nèi)生成x molN2的同時,消耗x mol NH3,則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
(2)硝酸鹽是主要的水污染物.催化劑存在下,H2能將NO3-還原為N2,25℃時,反應(yīng)10min,溶液的pH由7變?yōu)?2.
①上述反應(yīng)離子方程式為5H2+2NO3-═N2+2OH-+4H2O
②還原過程中可生成中間產(chǎn)物NO2-,NO2-可以發(fā)生水解,寫出兩種促進(jìn)NO2-水解的方法升溫、加水(稀釋)、加酸等(任意兩種即可).
③用電解也可以實(shí)現(xiàn)NO3-轉(zhuǎn)化為N2.陰極反應(yīng)式為2NO3-+10e-+6H2O=N2↑+12OH-

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實(shí)驗題

12.某同學(xué)設(shè)計下列實(shí)驗,來研究硫酸和硝酸的性質(zhì).

實(shí)驗一:在一支試管中放入一塊很小的銅片,再加入2mL濃硫酸,然后把試管固定在鐵架臺上.把一小條蘸有品紅溶液的濾紙放入帶有單孔橡皮塞的玻璃管中.塞緊試管口,在玻璃管口處纏放一團(tuán)蘸有Na2CO3溶液的棉花.給試管加熱,觀察現(xiàn)象.當(dāng)試管中的液體逐漸透明時,停止加熱.待試管中的液體冷卻后,將試管中的液體慢慢倒入另一支盛有少量水的試管中,觀察現(xiàn)象.
回答下列問題:
(1)a處反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2H2SO4(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O,計算放出112mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.01mol.
(2)試管中的液體反應(yīng)一段時間后,b處濾紙條的變化為蘸有品紅溶液的濾紙條褪色.
待試管中反應(yīng)停止后,給玻璃管放有蘸過品紅溶液的濾紙?zhí)幬⑽⒓訜幔瑸V紙條的變化為濾紙變紅.
實(shí)驗二:為了證明銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生一氧化氮,某同學(xué)設(shè)計了一個實(shí)驗,其裝置如圖2所示(加熱裝置和固定裝置均已略去).A為注射器,B為兩端長短不等的U形管,C是裝有NaOH溶液的燒杯,D處是繞成螺旋狀的銅絲,K1、K2是止水夾.
(1)實(shí)驗時,為在D處收集到NO,以便觀察顏色,必須事先在A中吸入一定量的空氣.然后關(guān)閉K1(“關(guān)閉”或“打開”),從U形管左端注入稀硝酸.
(2)然后給裝置B微微加熱,在裝置D處產(chǎn)生無色氣體,其反應(yīng)的離子方程式為:3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++2NO↑+4H2O.
(3)如何證明D處聚集的是NO而不是H2?打開止水夾K1,把注射器中的空氣壓入U形管中,若觀察到D處氣體變紅棕色,則證明收集的是NO,而不是H2
(4)實(shí)驗現(xiàn)象觀察完畢,關(guān)閉止水夾K1,打開止水夾K2,在重力作用下,U形管右端的紅棕色混合氣體被酸液壓入NaOH溶液中吸收,消除了環(huán)境污染.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

13.設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù),下列說法中不正確的是( 。
A.5.85gNaCl晶體中含有0.1 NA 個Na+
B.1molFeCl3 完全水解轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體后能生成NA個膠體粒子
C.過量的Zn與含1molH2SO4的稀H2SO4完全反應(yīng),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)一定為2NA
D.一定量的Fe 與含1molHNO3的稀HNO3恰好完全反應(yīng),被還原的氮原子數(shù)小于NA

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