【題目】工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等氣體,嚴(yán)重污染空氣.對廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用.
(1)Ⅰ.脫硝: 已知:H2的燃燒熱為285.8kJmol﹣1
N2(g)+2O2(g)═2NO2(g)△H=+133kJmol﹣1
H2O(g)═H2O(l)△H=﹣44kJmol﹣1
催化劑存在下,H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為: .
(2)Ⅱ.脫碳: 向2L密閉容器中加入2molCO2和6molH2 , 在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟,發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)
①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是(填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”)
②下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 . (填字母)
a.混合氣體的平均式量保持不變 b.CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變
c.CO2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 d.混合氣體的密度保持不變
e.1molCO2生成的同時有3mol H﹣H鍵斷裂
③CO2的濃度隨時間(0~t2)變化如圖1所示,在t2時將容器容積縮小一倍,t3時達(dá)到平衡,t4時降低溫度,t5時達(dá)到平衡,請畫出t2~t6CO2濃度隨時間的變化.
(3)改變溫度,使反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H<0中的所有物質(zhì)都為氣態(tài).起始溫度、體積相同(T1℃、2L密閉容器).反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見表:
反應(yīng)時間 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) | |
反應(yīng)Ⅰ:恒溫恒容 | 0min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反應(yīng)Ⅱ:絕熱恒容 | 0min | 0 | 0 | 2 | 2 |
①達(dá)到平衡時,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬?shù)K(I)K(II)(填“>”“<”或“=”下同);平衡時CH3OH的濃度c(I)c(II).
②對反應(yīng)Ⅰ,前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)= . 在其他條件不變的情況下,若30min時只改變溫度T2℃,此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol,則T1T2(填“>”、“<”或“=”).若30min時只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),則平衡移動(填“正向”“逆向”或“不”).
(4)利用人工光合作用可將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸,反應(yīng)原理為2CO2+2H2O═2HCOOH+O2 , 裝置如圖所示: ①電極2的電極反應(yīng)式是;
②在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,當(dāng)電極2室有11.2L CO2反應(yīng). 理論上電極1室液體質(zhì)量(填“增加”或“減少”g.
【答案】
(1)4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=﹣1100.2kJ?mol﹣1
(2)低溫; de
(3)<;<;0.025mol/(L?min);<;不
(4)CO2+2H++2e﹣=HCOOH;減少;9
【解析】解:(1)Ⅰ.H2的燃燒熱為285.8kJmol﹣1,則①. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=﹣571.6kJmol﹣1,②.N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133kJmol﹣1③.H2O(g)=H2O(l)△H=﹣44kJmol﹣1
根據(jù)蓋斯定律,①×2﹣②﹣③×4可得:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g),
則:△H=2×(﹣571.6kJmol﹣1)﹣133kJmol﹣1﹣4×(﹣44kJmol﹣1)=﹣1100.2kJmol﹣1,
故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=﹣1100.2kJmol﹣1,
所以答案是:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=﹣1100.2kJmol﹣1;
Ⅱ.(2)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l),熵變△S<0,則反應(yīng)焓變△H<0,低溫下滿足△H﹣T△S<0
所以答案是:低溫;②a.甲醇、水為液體,CO2、H2的起始物質(zhì)的量之比為1:3,反應(yīng)按物質(zhì)的量1:3反應(yīng),故混合氣體中CO2、H2的起始物質(zhì)的量之比為1:3,平均摩爾質(zhì)量數(shù)值或平均相對分子質(zhì)量始終保持不變,無法判斷是平衡狀態(tài),故a錯誤;
b.由a中分析,可知CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)數(shù)值始終保持不變,無法判斷是平衡狀態(tài),故b錯誤;
c.由a中分析,可知CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等,無法判斷是平衡狀態(tài),故c錯誤;
d.容器容積不變,混合氣體質(zhì)量減小,隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體密度減小,當(dāng)混合氣體的密度不變,反應(yīng)到達(dá)平衡,故d正確;
e.1molCO2生成的同時有3molH﹣H鍵斷裂,而1molCO2生成的同時生成3molH﹣H鍵,氫氣的生成速率與消耗速率相等,反應(yīng)到達(dá)平衡,故e正確,
故選:de;③t2時CO2濃度為0.5mol/L,則氫氣濃度變化量為(1mol/L﹣0.5mol/L)×3=1.5mol/L,氫氣平衡濃度為 ﹣1.5mol/L=1.5mol/L,則該溫度下平衡常數(shù)K= ,
在t2時將容器容積縮小一倍,瞬間CO2濃度變?yōu)?mol/L,壓強(qiáng)增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,t3時達(dá)到平衡時,等效為開始體積縮小一倍到達(dá)的平衡,設(shè)此時CO2濃度為xmol/L,則:
CO2(g)+ | 3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) | |
起始(mol/L) | 2 | 3 |
轉(zhuǎn)化(mol/L) | 2﹣x | 6﹣3x |
平衡(mol/L) | x | 3x |
則 = ,解得x=0.5,
t3時達(dá)到平衡時CO2濃度為0.5mol/L,t4時降低溫度,瞬間CO2濃度不變,正反應(yīng)為放熱反應(yīng),而后平衡向正反應(yīng)移動,CO2濃度減小,畫出t2~t6CO2的濃度隨時間的變化如圖:
所以答案是: ;(3)①I為恒溫,Ⅱ為絕熱容器,反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行,逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),平衡時溫度比I中低,升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,降溫時平衡正向移動,則平衡常數(shù)K(Ⅰ)<K(Ⅱ),平衡時CH3OH的濃度c(I)<c(Ⅱ),
所以答案是:<;<;②v(H2)= =0.075mol/(L.min),速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比,v(CH3OH)= v(H2)=0.025mol/(Lmin);
20min時,轉(zhuǎn)化的CO2為2mol﹣1mol=1mol,則生成的CH3OH為1mol,而30min時CH3OH為1mol,故20min時到達(dá)平衡,
CO2(g)+ | 3H2(g) | CH3OH(g)+ | H2O(g) | |
起始(mol/L) | 2 | 6 | 0 | 0 |
轉(zhuǎn)化(mol/L) | 1 | 3 | 1 | |
平衡(mol/L) | 1 | 3 | 1 | 1 |
故平衡常數(shù)K= = = ;
平衡時氫氣為6mol﹣1mol×3=3mol,氫氣平衡濃度為 =1.5mol/L,在其他條件不變的情況下,若30min時只改變溫度T2℃,此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol,平衡逆向移動,氫氣濃度增大,由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng),可以升高溫度,即T1<T2;對反應(yīng)Ⅰ,若30min時只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),此時濃度商Qc= = =K= ,則平衡不移動;
所以答案是:0.025mol/(Lmin);<;不;(4)①2是正極,正極上二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成HCOOH,電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e﹣=HCOOH,所以答案是:CO2+2H++2e﹣=HCOOH;②電極1式為負(fù)極,發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O﹣4e﹣=4H++O2↑,理論上隨著當(dāng)電極2室有11.2L CO2反應(yīng),二氧化碳的物質(zhì)的量為 =0.5mol,轉(zhuǎn)移電子為0.5mol×2=1mol,電極1室參加反應(yīng)的水的質(zhì)量為18g/mol× =9g,
即電極1室理論減小液體質(zhì)量為9g,
所以答案是:減;9.
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】自然界中,金屬元素大多以化合態(tài)存在,通過金屬冶煉得到金屬單質(zhì).工業(yè)上生產(chǎn)Na、Ca、Mg都用電解其熔融的氯化物,但生產(chǎn)鉀是用金屬鈉和熔化的KCl在一定的條件下反應(yīng)制。篕Cl+NaNaCl+K+Q (Q<0) 有關(guān)數(shù)據(jù)如表:
熔點℃ | 沸點℃ | 密度 (g/cm3) | |
Na | 97.8 | 882.9 | 0.97 |
K | 63.7 | 774 | 0.86 |
NaCl | 801 | 1413 | 2.165 |
KCl | 770 | 1500 | 1.984 |
(1)請結(jié)合平衡移動理論分析,為什么能用該反應(yīng)制備金屬鉀. .
(2)在常壓下金屬鉀轉(zhuǎn)為氣態(tài)從反應(yīng)混合物中分離的最低溫度約為℃,而反應(yīng)的最高溫度應(yīng)低于℃.
(3)在制取金屬鉀的過程中,為了提高原料的轉(zhuǎn)化率可采取的措施有 . (任寫兩點)
(4)相比于電解熔融氯化鉀,此方法的優(yōu)點有
(5)常壓下,當(dāng)反應(yīng)溫度升高到900℃時,該反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為k=
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】在相同的溫度和壓強(qiáng)下,氮氣和一氧化碳兩種氣體的分子數(shù)相同,則下列它們的( )一定相同。
(1)體積 (2)所含原子個數(shù) (3)物質(zhì)的量 (4)質(zhì)量 (5)密度
A. (1)(2)(3)(4)(5) B. 只有(1)(2)(3)
C. 只有(1)(3)(5) D. 只有(2)(3)(4)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行研究.
(1)提出假設(shè) ①該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO2 .
②該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO.
③該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是 .
(2)設(shè)計方案 如圖所示,將一定量的氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過量炭粉完全反應(yīng),測定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比.
查閱資料
氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng).實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉(NaNO2)飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣.請寫出該反應(yīng)的離子方程式: .
(3)實驗步驟 ①按如圖連接裝置,并檢查裝置的氣密性,稱取3.20g氧化鐵、2.00g碳粉混合均勻,放入10.38g的硬質(zhì)玻璃管中;
②加熱前,先通一段時間純凈干燥的氮氣;
③停止通入N2后,夾緊彈簧夾,加熱一段時間,澄清石灰水(足量)變渾濁;
④待反應(yīng)結(jié)束,再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r間的氮氣.冷卻至室溫,稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為53.02g;
⑤過濾出石灰水中的沉淀,洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為1g.步驟②、④中都分別通入N2 , 其作用分別為 .
(4)數(shù)據(jù)處理 試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析,寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式: .
(5)實驗優(yōu)化 學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)對實驗裝置進(jìn)一步完善.
①甲同學(xué)認(rèn)為:應(yīng)將澄清石灰水換成Ba(OH)2溶液,其理由是 .
②從環(huán)境保護(hù)的角度,請你再提出一個優(yōu)化方案: .
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某氣態(tài)化合物X含C,H,O三種元素,現(xiàn)已知下列條件:①X中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù);②X中H的質(zhì)量分?jǐn)?shù);③X在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積;④X對氫氣的相對密度;⑤X的質(zhì)量.欲確定X的分子式,所需的最少條件是( )
A.①②④
B.②③④
C.①③⑤
D.①②
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某學(xué)生設(shè)計了如下實驗方案用以檢驗淀粉水解的情況:
下列結(jié)論正確的是( )
A.淀粉尚有部分未水解
B.淀粉已完全水解
C.淀粉沒有水解
D.淀粉已發(fā)生水解,但不知是否完全水解
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列說法正確的是
A.氯化鈉溶液能導(dǎo)電,所以氯化鈉溶液是電解質(zhì)
B.氯化氫溶液能導(dǎo)電,所以氯化氫是電解質(zhì)
C.木炭不導(dǎo)電,所以木炭是非電解質(zhì)
D.鐵片會導(dǎo)電,所以鐵片是電解質(zhì)
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