【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,嚴重污染空氣。對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。
Ⅰ.脫硝:
已知H2的燃燒熱為285.8kJ·mol-1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-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___。
Ⅱ.脫碳:(1)向2L密閉容器中加入2molCO2和6molH2,在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟,發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH<0
①該反應(yīng)自發(fā)進行的條件是___(填“低溫”“高溫”或“任意溫度”)
②下列敘述能說明此反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是___(填字母)。
a.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變 b.CO2和H2的體積分數(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3 molH—H鍵斷裂
③CO2的濃度隨時間(0~t2)變化如圖所示,在t2時將容器容積縮小一倍,t3時達到平衡,
t4時降低溫度,t5時達到平衡,請畫出t2~t6時間段CO2濃度隨時間的變化___。
(2)改變溫度,使反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<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)過程中部分數(shù)據(jù)見下表:
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達到平衡時,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶鈺rCH3OH的濃度c(Ⅰ)___c(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”)。
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30 min時只改變溫度至T2℃,此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol,則T1___(填“>”“<”或“=”)T2。若30min時只向容器中再充入1 molCO2(g)和1molH2O(g),則平衡___(填“正向”“逆向”或“不”)移動。
(3)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在標準狀況下,當電極2室有11.2LCO2反應(yīng)。理論上電極1室液體質(zhì)量___(填“增加”或“減少”)___g。
【答案】4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1100.2kJ·mol-1 低溫 de < 0.025mol·L-1·min-1 < 不 CO2+2H++2e-=HCOOH 減少 9
【解析】
根據(jù)題意可知,本題考查熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡移動、化學(xué)反應(yīng)速率、電化學(xué)知識,運用蓋斯定律、勒夏特列原理、、電化學(xué)原理分析。
Ⅰ.H2的燃燒熱為285.8kJmol1,則①.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=571.6kJmol1,②.N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJmol1③.H2O(g)=H2O(l) △H=44kJmol1根據(jù)蓋斯定律①×2②③×4可得:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g),則:△H=2×(571.6kJmol1)133kJmol14×(44kJmol1) = 1100.2kJmol1,故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=1100.2kJmol1,
故答案為:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=1100.2kJmol1;
Ⅱ. (1)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△HT△S<0
故答案為: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的體積分數(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)進行混合氣體密度減小,當混合氣體的密度不變,反應(yīng)到達平衡,故d正確;
e.1molCO2生成的同時有3molHH鍵斷裂,而1molCO2生成的同時生成3molHH鍵,氫氣的生成速率與消耗速率相等,反應(yīng)到達平衡,故e正確,
故答案為:de;
③t2時CO2濃度為0.5mol/L,則氫氣濃度變化量為(1mol/L0.5mol/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),在t2時將容器容積縮小一倍,瞬間CO2濃度變?yōu)?/span>1mol/L,壓強增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,t3時達到平衡時,等效為開始體積縮小一倍到達的平衡,設(shè)此時CO2濃度為xmol/L,則:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)
開始(mol/L): 2 6
轉(zhuǎn)化(mol/L): 2x 63x
平衡(mol/L) :x 3x
則,解得x=0.5,
t3時達到平衡時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t2t6CO2的濃度隨時間的變化如圖:
。
故答案為: ;
(2)①I為恒溫,Ⅱ為絕熱容器,反應(yīng)向逆反應(yīng)進行,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),
故答案為:<;
②,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2mol1mol=1mol,則生成的CH3OH為1mol,而30min時CH3OH為1mol,故20min時已達平衡,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
開始(mol/L): 2 6 0 0
轉(zhuǎn)化(mol/L): 1 3 1 1
平衡(mol/L): 1 3 1 1
故平衡常數(shù),
平衡時氫氣為6mol1mol×3=3mol,氫氣平衡濃度為,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,則平衡不移動;
故答案為:0.025mol/(Lmin);<;不;
(3)①電極2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,
故答案為:CO2+2H++2e=HCOOH;
②電極1式為負極,發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O4e=4H++O2↑,理論上隨著當電極2室有11.2L CO2反應(yīng),二氧化碳的物質(zhì)的量為,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,
故答案為:減。9。
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【題目】下列對于反應(yīng):的說法正確的是( )
A.氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1:2
B.是氧化劑,水是還原劑
C.生成則有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移
D.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量比為1:2
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【題目】已知X為一種常見酸的濃溶液,能使蔗糖變黑。A與X反應(yīng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示,其中反應(yīng)條件及部分產(chǎn)物均已略去,則下列有關(guān)說法正確的是( )
A.X使蔗糖變黑主要體現(xiàn)了X的吸水性
B.若A為鐵,則足量A與X在室溫下即可完全反應(yīng)
C.若A為碳單質(zhì),則將C通入少量的澄清石灰水中,一定可觀察到有白色沉淀產(chǎn)生
D.由B轉(zhuǎn)化為D的反應(yīng)是工業(yè)制備X過程中的重要反應(yīng)
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【題目】實驗室常利用甲醛法測定(NH4)2SO4樣品中氮的質(zhì)量分數(shù),其反應(yīng)原理為:4NH4++6HCHO=3H++6H2O+(CH2)6N4H+[滴定時,1mol(CH2)6N4H+與1molH+相當],然后用NaOH標準溶液滴定反應(yīng)生成的酸。某興趣小組用甲醛法進行了如下實驗:
步驟Ⅰ 稱取樣品1.500g。
步驟Ⅱ 將樣品溶解后,完全轉(zhuǎn)移到250mL容量瓶中,定容,充分搖勻。
步驟Ⅲ 移取25.00mL樣品溶液于250mL錐形瓶中,加入10mL20%的中性甲醛溶液,搖勻、靜置5min后,加入1~2滴酚酞試液,用NaOH標準溶液滴定至終點。按上述操作方法再重復(fù)2次。
(1)根據(jù)步驟Ⅲ填空:
①堿式滴定管用蒸餾水洗滌后,直接加入NaOH標準溶液進行滴定,則測得樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)___(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。
②錐形瓶用蒸餾水洗滌后,水未倒盡,則滴定時用去NaOH標準溶液的體積___(填“偏大”、“偏小”或“無影響”)。
對滴定結(jié)果的分析最終都是由___的變化來分析C測變化。
③滴定時邊滴邊搖動錐形瓶,眼睛應(yīng)觀察___。
④滴定達到終點現(xiàn)象__ 。
(2)滴定結(jié)果如下表所示:
若NaOH標準溶液的濃度為0.1010mol/L,則該樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)為___。(保留4位有效數(shù)字)
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【題目】農(nóng)藥波爾多液的主要成分是CuSO4,下列兩個反應(yīng)都有CuSO4生成。
①Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O
②CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
反應(yīng)①的副產(chǎn)物SO2是大氣污染物,可用NaOH溶液吸收,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為( )
A.NaOH+SO2=Na2SO3
B.NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
C.2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
D.2NaOH+SO2=2NaHSO3+H2O
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【題目】有0.2mol某有機物和0.5mol氧氣在一密閉容器中燃燒得產(chǎn)物為CO2、CO、H2O(氣)。產(chǎn)物通過濃硫酸時,濃硫酸的質(zhì)量增加了7.2g;再通過灼熱的氧化銅時,氧化銅的質(zhì)量減少了3.2g;又通過堿石灰時,堿石灰的質(zhì)量增加了17.6g。該有機物的化學(xué)式是( )
A.C2H4B.C2H6OC.C2H6O2D.C3H6O3
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【題目】如圖所示,甲池的總反應(yīng)式為:N2H4+O2 =N2+H2O,下列關(guān)于該電池工作時的說法正確的是( )
A.該裝置工作時,甲池中溶液的pH增大
B.乙池中負極反應(yīng)為2Ag-2e-+SO42-=Ag2SO4
C.甲池正極反應(yīng)O2+4e-+4H+=2H2O
D.當甲池中消耗0.05molN2H4時,乙池中理論上最多產(chǎn)生6.4g固體
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【題目】熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后,電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為:PbSO4+2LiCl+Ca = CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有關(guān)說法正確的是
A. 正極反應(yīng)式:Ca + 2Cl--2e- = CaCl2
B. 放電過程中,Li+向負極移動
C. 沒轉(zhuǎn)移0.1mol電子,理論上生成20.7 g Pb
D. 常溫時,在正負極間接上電流表或檢流計,指針不偏轉(zhuǎn)
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【題目】下面是某興趣小組對含有泥沙的粗鹽進行提純實驗的流程圖,請回答下列問題。
(1)操作②中用到的玻璃儀器是__。
(2)寫出操作③中玻璃棒的作用__。
(3)若實驗所得NaCl的產(chǎn)率偏低,則可能的原因__(填選項)。
A.過濾時濾紙有破損
B.蒸發(fā)時沒有用玻璃棒攪拌
C.溶解含泥沙的粗鹽時,加入水量不足
D.所得氯化鈉晶體沒有烘干,帶有水分
E.過濾后的濾紙是濕的,紙上的水溶解了一些氯化鈉
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