【題目】2017年,中科院大連化學物理研究所碳資源小分子與氫能利用創(chuàng)新特區(qū)研究組(DNL19T3)孫劍、葛慶杰研究員團隊通過設計一種新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能復合催化劑,成功實現(xiàn)了CO2直接加氫制取高辛烷值汽油。該研究成果被評價為“CO2催化轉(zhuǎn)化領域的突破性進展”。
(1) 工業(yè)生產(chǎn)尾氣中的CO2捕獲技術之一是氨水溶液吸收技術,工藝流程是將煙氣冷卻至15.5~26.5℃后用氨水吸收過量的CO2,該反應的化學方程式為_____________。在用氨水吸收前,煙氣需冷卻至15.5~26.5℃的可能原因是_________________。
(2) 該研究成果用CO2制取高辛烷值汽油的路線是先將CO2按逆水煤氣反應生成CO,然后由CO與H2反應生成烴,產(chǎn)物中汽油組分占所有烴類產(chǎn)物的百分比近80%。
① 已知:H2 (g)+O2 (g) === H2O(l) ΔH1= —285.8 kJ·mol-1
C8H18(l)+O2(g) === 8CO2(g)+9H2O(l) ΔH3= —5518 kJ·mol-1
試寫出25℃、101kPa條件下,CO2與H2反應生成汽油(以C8H18表示)的熱化學方
程式__________________________。
② 在一實驗容器中充入一定量的CO2和H2,若加入催化劑恰好完全反應,且產(chǎn)物只生成C5以上的烴類物質(zhì)和水,則CO2與H2的物質(zhì)的量之比不低于________。
(3) 二甲醚(CH3OCH3)的十六烷值高,燃燒尾氣中污染物少,可代替柴油。CO、CO2混合加氫的方法是在一個反應器中將合成氣直接轉(zhuǎn)化為二甲醚,包括以下4個反應:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ①
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ②
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ③
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ④
① 已知反應④在某溫度下的平衡常數(shù)為K=400。此溫度下,在一恒容密閉容器中加入CH3OH,反應到某時刻測得各組分的濃度如下:
物質(zhì) | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
濃度/(mol·L-1) | 0.44 | 0.6 | 0.6 |
此時正、逆反應速率的大。v(正) ______ v(逆) (填“>”、“<”或“=”)。
若加入CH3OH后,經(jīng)10 min反應達到平衡,該時間內(nèi)反應速率v(CH3OH)=_____。
② 某科研小組在反應溫度503K~543K,反應壓強分別是3、4、5、6、7MPa,n(CO)/n(CO+CO2)=0.5的情況下計算了二甲醚的平衡收率(二甲醚實際產(chǎn)量與反應物總量之比),結(jié)果如圖1所示。
a~e曲線分別對應不同的壓強條件,則e對應的壓強是______,理由是___________。
該科研小組在反應溫度523K、反應壓強5MPa的條件下,按照合成反應的化學計量比進料,改變n(CO)/n(CO+CO2)的比例,二甲醚的平衡收率的變化規(guī)律如圖2所示。
由圖2可知,二甲醚的平衡收率隨著n(CO)/n(O+CO2)比值的增大而單調(diào)上升,其原因是________________________________________________。
【答案】 NH3+CO2+H2O=== NH4HCO3 (或NH3·H2O +CO2 === NH4HCO3) 降低吸收過程中氨水的揮發(fā),促進氨水對CO2的吸收 8CO2(g)+25 H2(g) === C8H18(l) +16H2O(l) ΔH= —1627kJ·mol-1 > 0.16 mol·L-1·min-1 7MPa 合成二甲醚的總反應為氣體分子數(shù)減少的反應,壓強越大,二甲醚的平衡產(chǎn)率越大 增大CO濃度,消耗了反應體系中的水,促進反應④平衡正向移動,增加了產(chǎn)品的平衡收率
【解析】(1) 用氨水吸收過量的CO2生成NH4HCO3,發(fā)生反應的化學方程式為NH3+CO2+H2O=NH4HCO3;氨水不穩(wěn)定,為降低吸收過程中氨水的揮發(fā),促進氨水對CO2的吸收,煙氣需冷卻至15.5~26.5℃再用氨水吸收;
(2) ① 已知:I、H2 (g)+O2 (g) = H2O(l) ΔH1= —285.8 kJ·mol-1,Ⅱ、C8H18(l) +O2(g) =8CO2(g)+9H2O(l) ΔH3= —5518 kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律,由I×25-Ⅱ可得8CO2(g)+25H2(g) = C8H18(l) +16H2O(l),此時ΔH=ΔH1×25-ΔH2=(—285.8 kJ·mol-1)×25-(—5518 kJ·mol-1)=—1627kJ·mol-1,即CO2與H2反應生成汽油(以C8H18表示)的熱化學方程式為8CO2(g)+25 H2(g) = C8H18(l) +16H2O(l) ΔH = —1627kJ·mol-1;
②根據(jù)原子守恒,生成C5以上的烴類物質(zhì)和水,設CO2的物質(zhì)的量為5mol時,則生成1molC5H12和10mol水,消耗H2的物質(zhì)的量為16mol,故CO2與H2的物質(zhì)的量之比不低于5:16;
(3)① Qc===1.86<400,則此時反應正向進行,即v(正)>v(逆);
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始濃度(mol/L) 0.44 0.6 0.6
變化濃度(mol/L) 2c c c
平衡濃度(mol/L) 0.44-2c 0.6+c 0.6+c
K===400,解得:c=0.08mol/L,該時間內(nèi)反應速率v(CH3OH)==0.016 mol·L-1·min-1。
②因合成二甲醚的總反應為氣體分子數(shù)減少的反應,壓強越大,二甲醚的平衡產(chǎn)率越大,故a~e曲線中e對應的壓強最大,即e對應的壓強是7MPa;
因增大CO濃度,消耗了反應體系中的水,促進反應④平衡正向移動,增加了產(chǎn)品的平衡收率,故二甲醚的平衡收率隨著n(CO)/n(CO+CO2)比值的增大而單調(diào)上升。
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【題目】掌握儀器的名稱、組裝及使用方法是中學化學實驗的基礎。
實驗室欲分離乙酸(沸點為118℃)和乙醇(沸點為78℃)的混合物,請按要求作答。
(1)圖中A、B兩種儀器的名稱是________、________。
(2)A儀器中進水口是________(填“c”或“d”)。
(3)分離混合物時,溫度計的________應處于______________。
(4)在B中注入混合物后,加入幾片碎瓷片的目的是___________________________。
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【題目】生活中常用的某種香料X的結(jié)構(gòu)簡式為:
已知:
香料X的合成路線如下:
(1)A的結(jié)構(gòu)簡式是________________。
(2)檢驗有機物C中含有碳碳雙鍵所需用的試劑_____________。
a.銀氨溶液 b.酸性高錳酸鉀溶液
c.溴水 d.氫氧化鈉溶液
(3)D→X的化學方程式為____________________________。
(4)有機物B的某種同分異構(gòu)體E,具有如下性質(zhì):
a.與濃溴水反應生成白色沉淀,且1 mol E最多能與4 mol Br2反應
b.紅外光譜顯示該有機物中存在碳碳雙鍵
則E的結(jié)構(gòu)簡式為________________。
(5)糠叉丙酮()是一種重要的醫(yī)藥中間體,請參考上述合成路線,設計一條由丙烯[CH3CH=CH2]和糠醛()為原料制備糠叉丙酮的合成路線(無機試劑任用,用結(jié)構(gòu)簡式表示有機物),用箭頭表示轉(zhuǎn)化關系,箭頭上注明試劑和反應條件)____________________。
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【題目】下列反應中屬于氧化還原反應,但不屬于四種基本反應類型的是 ( )
A. CuO + H2 Cu + H2O B. Fe2O3 + 3CO 2Fe + 2CO2
C. 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑ D. NaOH + HCl = NaCl + H2O
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【題目】工業(yè)上主要采用軟錳礦和閃鋅礦聯(lián)合生產(chǎn)MnO2和鋅。軟錳礦主要成分為MnO2;還含少量Al2O3和SiO2雜質(zhì)。閃鋅礦主要成分為ZnS,還含少量FeS、CuS雜質(zhì),F(xiàn)用稍過量的軟錳礦和閃鋅礦為原料,經(jīng)過一系列處理后分別在兩個電極生成產(chǎn)品“MnO2和鋅”。工藝流程如下:
已知:Ⅰ:金屬硫化物、硫酸、二氧化錳三者發(fā)生的反應均是氧化還原反應。
例如:MnO2+ZnS+2H2SO4MnSO4+ZnSO4+S+2H2O.
Ⅱ:4X-+Mn2+MnX42-,X-不參與電極反應。Zn2+與X-不反應。
Ⅲ:各種金屬離子完全沉淀的pH如下表:
Zn2+ | Mn2+ | Fe2+ | Fe3+ | A13+ | |
pH | 8.0 | 10.1 | 9.0 | 3.2 | 4.7 |
回答下列問題:
(1)操作I的名稱是_____________________。
(2)物質(zhì)C是MnO2和ZnO的混合物。加入物質(zhì)C充分作用后,過濾,所得固體的成分是________(用化學式表示)。
(3)電解溶液D的裝置如下圖所示,兩個電極都是惰性電極。
①硫酸鈉的作用是________________________。
②b電極的電極反應式是______________________。a電極的電極反應式是_______________________。
(4)若一定質(zhì)量的閃鋅礦中含1.76kgFeS,則在上述流程中1.76kgFeS消耗MnO2的質(zhì)量為_______kg。
(5)現(xiàn)有0.4mol/L Mn(NO3)2、 0.8mol/LZn(NO3)2的混合溶液100mL,向該混合液中逐滴加入Na2S溶液,當MnS沉淀一定程度時,測得c(Mn2+)=2.0×10-3 mol/L,則此時c(Zn2+)=________[已知Ksp(ZnS)=1.3×10-24,Ksp(MnS)=2.6×10-13]
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【題目】四種短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大。化合物甲由X、Y、Z三種元素組成,25℃時,0.01mol/L 甲溶液中的c(OH-)/c(H+)=1010;Z與W 同周期,且W的最高化合價與最低化合價的代數(shù)和為4。下列說法中正確的是
A. 等物質(zhì)的量的化合物Z2Y2 與Z2W的陰離子個數(shù)相同
B. 原子半徑X
C. 沾有W的單質(zhì)的試管可用酒精洗滌
D. 簡單氫化物的穩(wěn)定性Y
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【題目】下列敘述正確的是( )
A.離子化合物中都含有離子鍵
B.離子化合物中的陽離子只能是金屬離子
C.共價化合物也能含有離子鍵
D.離子化合物不能含有共價鍵
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【題目】下列對于元素周期表結(jié)構(gòu)的敘述中,正確的是
A.7個橫行代表7個周期,18個縱行代表18個族
B.副族元素中沒有非金屬元素
C.除第一周期外,其他周期均有18種元素
D.堿金屬元素是指ⅠA族的所有元素
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