【題目】合成氨是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破,其反應(yīng)原理為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
(1)已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1。則4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH=______kJ·mol-1。
(2)如圖所示,合成氨反應(yīng)中未使用催化劑時(shí),逆反應(yīng)的活化能Ea(逆)=__kJ·mol-1;使用催化劑之后,正反應(yīng)的活化能為___kJ·mol-1(已知:加入催化劑后,反應(yīng)分兩步進(jìn)行,反應(yīng)的活化能是兩個(gè)過(guò)程中需要吸收能量較大的反應(yīng)的活化能)。
(3)從平衡視角考慮,工業(yè)合成氨應(yīng)該選擇常溫條件,但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)卻選擇500 ℃左右的高溫,試解釋其原因: ____________________________。
(4)如圖表示500 ℃、60 MPa條件下,原料氣投料比與平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)為__。
(5)合成氨需要選擇合適的催化劑,分別選用A、B、C三種催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所得結(jié)果如圖所示(其他條件相同),則實(shí)際生產(chǎn)中適宜選擇的催化劑是__(填“A”“B”或“C”),理由是________。
(6)如圖是當(dāng)反應(yīng)器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后,在200 ℃、400 ℃、600 ℃反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨總壓強(qiáng)的變化曲線(xiàn)。
①曲線(xiàn)a、b對(duì)應(yīng)溫度較高的是___(填“a”或“b”)。
②列出b點(diǎn)平衡常數(shù)的計(jì)算式Kp=____(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);不要求計(jì)算結(jié)果)。
【答案】-1266 427.4 126 從反應(yīng)速率角度考慮,反應(yīng)溫度越高,反應(yīng)速率越快;從催化劑活性角度考慮,500℃左右催化劑活性較高;溫度過(guò)高,平衡將逐漸逆向移動(dòng),不利于氨的合成 22% A 催化劑A在較低溫度下具有較高的催化活性,一方面可節(jié)約能源,另一方面低溫有利于氨的合成 b (或)
【解析】
(1)將題給已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ,根據(jù)蓋斯定律,由3×Ⅱ-2×Ⅰ可得4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)ΔH=(-483.6 kJ·mol-1)×3+92.4 kJ·mol-1×2=-1266 kJ·mol-1;
(2)根據(jù)ΔH=正反應(yīng)的活化能-逆反應(yīng)的活化能可知,合成氨反應(yīng)中未使用催化劑時(shí),逆反應(yīng)的活化能Ea(逆)=(335+92.4)kJ·mol-1=427.4 kJ·mol-1;由圖1及括號(hào)內(nèi)的已知信息可知,使用催化劑之后,正反應(yīng)的活化能為126 kJ·mol-1;
(3)反應(yīng)溫度越高,反應(yīng)速率越快,且在500 ℃左右催化劑活性較高,若溫度過(guò)高,平衡將逐漸逆向移動(dòng),不利于氨的合成,所以在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中選擇500 ℃左右的高溫;
(4)根據(jù)圖2中的數(shù)據(jù)可知,a點(diǎn)時(shí)NH3的平衡體積分?jǐn)?shù)為12%,投料比n(N2)∶n(H2)=1∶3,
解法一:設(shè)起始加入的N2為1 mol,參與反應(yīng)的N2為n mol,根據(jù)三段式法有:
則=12%,解得n=,N2的平衡體積分?jǐn)?shù)為=22%。
解法二:起始投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,則N2的平衡體積分?jǐn)?shù)為(1-12%)×=22%。
(5)由圖3可知,催化劑A在較低溫度下具有較高的催化活性,且合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng),低溫對(duì)氨的合成有利,所以實(shí)際生產(chǎn)中適宜選擇的催化劑是A;
(6)①合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,故曲線(xiàn)a、b對(duì)應(yīng)溫度較高的是b;
②根據(jù)圖4中的數(shù)據(jù)可知,b點(diǎn)時(shí)NH3的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%,總壓強(qiáng)p=70 MPa。
解法一:設(shè)起始加入的N2為1 mol,反應(yīng)的N2為m mol,則根據(jù)三段式法有:
則=20%,解得m=,所以b點(diǎn)時(shí),NH3和N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為20%,H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%,則Kp=(或);
解法二:起始投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,則b點(diǎn)時(shí)N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為(1-20%)×=20%,H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%×3=60%,則Kp=(或)。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】是一種常見(jiàn)的化學(xué)試劑,是制備其他含錳化合物的重要原料。某課外化學(xué)興趣小組利用軟錳礦主要成分為,含少量、和制備,設(shè)計(jì)流程如圖:注:試劑①②③按編號(hào)順序加入
已知:常溫時(shí)部分難溶化合物的近似值如表:
物質(zhì) |
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(1)該小組同學(xué)在酸浸之前,先將軟錳礦粉碎,其目的是________。
(2)“酸浸”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________。
(3)加入固體的作用是________,甲同學(xué)提出將上述流程中的氨水換成氫氧化鈉溶液,乙同學(xué)覺(jué)得不妥,乙同學(xué)的理由是________。
(4)丙同學(xué)認(rèn)為向?yàn)V液C中滴加溶液的過(guò)程中可能會(huì)生成沉淀,并提出可能的原因?yàn)?/span>,常溫時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)________填數(shù)值。已知,。
(5)操作Ⅰ的名稱(chēng)為________。
(6)如圖是小組同學(xué)將晶體放在坩堝里加熱分解時(shí),固體失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線(xiàn)已知草酸錳不穩(wěn)定,但其中錳元素的化合價(jià)在以下不變。
試根據(jù)各點(diǎn)的坐標(biāo)近似值回答下列問(wèn)題:
①的化學(xué)方程式為________。
②從D點(diǎn)到E點(diǎn)過(guò)程中固體失重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的原因是________。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】以紅土鎳礦(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)為原料,獲取凈水劑黃鈉鐵礬[NaFe(SO4)2(OH)6]和納米鎳粉的部分工藝流程如下:
(1)“酸浸”過(guò)程,為提高鐵和鎳元素的浸出率,可采取的措施有___________(寫(xiě)出兩種)。
(2)“過(guò)濾Ⅰ”濾渣的主要成分是______。
(3)“氧化”過(guò)程欲使0.3molFe2+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Fe3+,則需氧化劑NaClO至少為________ mol。
(4)“沉鐵”過(guò)程中加入碳酸鈉調(diào)節(jié)浴液的pH至2,生成黃鈉鐵礬沉淀,寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式______。若碳酸鈉過(guò)多會(huì)導(dǎo)致生成的沉淀由黃鈉鐵礬轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>_____(填化學(xué)式)。
(5)向“過(guò)濾Ⅱ”所得濾液(富含Ni2+)中加入N2H4·H2O,在不同濃度的氫氧化鈉溶液中反應(yīng),含鎳產(chǎn)物的XRD圖譜如下圖所示(XRD圖譜可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在,不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同)。欲制得高純納米鎳粉最適宜的NaOH的物質(zhì)的量濃度為_____。寫(xiě)出該條件下制備納米鎳粉同時(shí)生成N2的離子方程式_____。
(6)高鐵酸鹽也是一種優(yōu)良的含鐵凈水劑,J.C.Poggendor早在1841年利用純鐵作電極插入濃的NaOH溶液電解制得Na2FeO4,陽(yáng)極生成FeO42-的電極反應(yīng)式為______;Deininger等對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),在陰、陽(yáng)電極間設(shè)置陽(yáng)離子交換膜,有效提高了產(chǎn)率,陽(yáng)離子交換膜的作用是_______。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時(shí),改變某一條件對(duì)化學(xué)平衡的影響,得到如圖所示變化規(guī)律(p表示壓強(qiáng),T表示溫度,n表示物質(zhì)的量):根據(jù)以上規(guī)律判斷,下列結(jié)論正確的是( )
A.反應(yīng)Ⅰ:△H>0,p2>p1
B.反應(yīng)Ⅱ:△H>0,T1>T2
C.反應(yīng)Ⅲ:△H>0,T2>T1或△H<0,T2<T1
D.反應(yīng)Ⅳ:△H<0,T2>T1
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】以下事實(shí)不能用勒夏特列原理解釋的是( )
A.增大壓強(qiáng),有利于二氧化硫和氧氣反應(yīng)生成三氧化硫
B.工業(yè)制取硫酸和合成氨反應(yīng)都要使用催化劑
C.合成氨工業(yè)生產(chǎn)中,把合成塔中的氨氣不斷抽出
D.實(shí)驗(yàn)室常用排飽和食鹽水的方法收集氯氣
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】咖啡是世界三大飲料之一,因其含有咖啡因(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為)使人神經(jīng)興奮,影響人的睡眠。最近科學(xué)家用超臨界二氧化碳提取咖啡因,成功制得了無(wú)因咖啡。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()
A.咖啡因的化學(xué)式為C8H10N4O2
B.咖啡因是可溶于水的高分子化合物
C.咖啡因在一定條件下可與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)
D.超臨界二氧化碳提取咖啡因的操作是萃取
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】下列有關(guān)概念或原理的敘述正確的是 ( )
A.氨基酸、蛋白質(zhì)和氧化鋁一樣既能與酸反應(yīng),又能與堿反應(yīng),所以它們都是兩性氧化物
B.制造嬰兒用的一次性紙尿片采用的吸水保水的材料可以是
C.乙烯和聚乙烯都能使酸性溶液褪色
D.甲酸乙酯、葡萄糖、麥芽糖、淀粉這四種物質(zhì)的共同性質(zhì)是,它們既可以發(fā)生水解反應(yīng),又可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】海洋動(dòng)物海鞘中含有種類(lèi)豐富、結(jié)構(gòu)新穎的次生代謝產(chǎn)物,是海洋抗腫瘤活性物質(zhì)的重要來(lái)源之一。一種從海鞘中提取具有抗腫瘤活性的天然產(chǎn)物的流程如下:
下列關(guān)于該流程中各步驟的說(shuō)法中,錯(cuò)誤的是( )
選項(xiàng) | 步驟 | 采用裝置 | 主要儀器 |
A | ① | 過(guò)濾裝置 | 漏斗 |
B | ② | 分液裝置 | 分液漏斗 |
C | ③ | 蒸發(fā)裝置 | 坩堝 |
D | ④ | 蒸餾裝置 | 蒸餾燒瓶 |
A. A B. B C. C D. D
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】某學(xué)習(xí)小組對(duì)人教版教材實(shí)驗(yàn)“在200mL燒杯中放入20g蔗糖(C12H22O11),加入適量水,攪拌均勻,然后再加入15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸,迅速攪拌”進(jìn)行如下探究;
(1)觀(guān)察現(xiàn)象:蔗糖先變黃,再逐漸變黑,體積膨脹,形成疏松多孔的海綿狀黑色物質(zhì),同時(shí)聞到刺激性氣味,按壓此黑色物質(zhì)時(shí),感覺(jué)較硬,放在水中呈漂浮狀態(tài),同學(xué)們由上述現(xiàn)象推測(cè)出下列結(jié)論:
①濃硫酸具有強(qiáng)氧化性 ②濃硫酸具有吸水性 ③濃硫酸具有脫水性④濃硫酸具有酸性 ⑤黑色物質(zhì)具有強(qiáng)吸附性
其中依據(jù)不充分的是_________(填序號(hào));
(2)為了驗(yàn)證蔗糖與濃硫酸反應(yīng)生成的氣態(tài)產(chǎn)物,同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如下裝置:
試回答下列問(wèn)題:
①圖1的A中最好選用下列裝置_________(填編號(hào));
②圖1的 B裝置所裝試劑是_________;D裝置中試劑的作用是_________;E裝置中發(fā)生的現(xiàn)象是_________;
③圖1的A裝置中使蔗糖先變黑的化學(xué)反應(yīng)方程式為_________,后體積膨脹的化學(xué)方程式為:_________;
④某學(xué)生按圖2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)D瓶品紅不褪色,E裝置中有氣體逸出,F(xiàn)裝置中酸性高錳酸鉀溶液顏色變淺,推測(cè)F裝置中酸性高錳酸鉀溶液顏色變淺的原因_________,其反應(yīng)的離子方程式是_________。
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