【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)

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.混合氣體的平均式量保持不變 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3mol H—H鍵斷裂

③CO2的濃度隨時間(0~t2)變化如下圖所示,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 CO2濃度隨時間的變化。_____________

⑵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T1___T2(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”)。

⑶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11.2L 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】 4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ·mol-1 低溫 d e < < 0.025 mol·L-1 ·min-1 < CO2+2H++2e-=HCOOH 減少 9

【解析】本題考查化學平衡狀態(tài)的判斷,蓋斯定律的應(yīng)用,平衡移動的應(yīng)用,燃料電池的應(yīng)用,電極式的書寫。

I、根據(jù)氫氣的熱值可書寫氫氣的熱化學方程式是2H2(g)+ O2(g)=H2O(l) △H=-142.9×4kJ/mol=-571.6kJ/mol,根據(jù)蓋斯定律,將已知熱化學方程式中的氧氣與液態(tài)水消去得到H2還原NO2生成水蒸氣和氮氣的熱化學方程式,為4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ·mol-1

II、(1)①該反應(yīng)的△S<0,所以若反應(yīng)自發(fā)進行,則△H<0,因此反應(yīng)自發(fā)進行的條件是低溫自發(fā);

② a、該體系中的氣體只有二氧化碳和氫氣,且二者的起始物質(zhì)的量之比等于化學方程式中的化學計量數(shù)之比,所以混合氣體的平均式量始終不變,不能判斷為平衡狀態(tài),錯誤;

b、二氧化碳與氫氣始終是1:3的關(guān)系,所以CO2H2的體積分數(shù)保持不變的狀態(tài)不是平衡狀態(tài),錯誤;

c、二氧化碳與氫氣的起始物質(zhì)的量之比等于化學方程式中的化學計量數(shù)之比,所以二者的轉(zhuǎn)化率一定相等,與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān),錯誤;

d 、因為該體系中有液體參加,所以氣體的質(zhì)量在逐漸減少,則氣體的密度減小,達平衡時,保持不變,正確;

e、1mol CO2生成的同時有3mol H-H鍵斷裂,符合正逆反應(yīng)速率相等,是平衡狀態(tài),答案選de;

③在t2時將容器容積縮小一倍,二氧化碳的濃度瞬間增大到1mol/L,則壓強增大,平衡正向移動, t3時達到平衡,達到的平衡與原平衡相同,濃度仍是0.5mol/L;該反應(yīng)是放熱反應(yīng),t4時降低溫度,則平衡正向移動,t5時達到平衡,則二氧化碳的濃度將小于0.5mol/L,對應(yīng)的圖像為。

(2)①因為生成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng),而反應(yīng)II是從逆反應(yīng)開始的,所以反應(yīng)吸熱,所以絕熱容器的溫度要低于恒溫容器,即反應(yīng)I溫度高于反應(yīng)II,溫度升高,放熱反應(yīng)的平衡常數(shù)減小,則K(I)<K(II);二者都是恒容條件,若是恒溫恒容,二者達到的平衡是等效平衡,甲醇的濃度相同,而反應(yīng)I溫度高于反應(yīng)II,所以反應(yīng)II需再降低溫度,而溫度降低,平衡正向移動,則甲醇的濃度增大,平衡時CH3OH的濃度c(I)<c(II);

②對反應(yīng)I,前10min內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量減少6-4.5=1.5mol,則甲醇的物質(zhì)的量增加0.5mol,所以前10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=0.5mol/2L/10min="0.025mol" ·L-1·min-1;30min時是平衡狀態(tài),生成甲醇1mol,則消耗氫氣3mol,平衡氫氣的物質(zhì)的量是3mol,而改變溫度后氫氣的物質(zhì)的量變?yōu)?/span>3.2mol,物質(zhì)的量增大,說明平衡逆向移動,因為該反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以升高溫度,平衡逆向移動,則T1<T2;若30min時只向容器中再充入1 mol CO2(g)1 mol H2O(g),根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算該溫度下的平衡常數(shù)為K=1/6.75,此時Qc=1/6.75=K,所以平衡不移動。

(3)離子交換膜為質(zhì)子膜,則電解質(zhì)溶液呈酸性,根據(jù)總的電池反應(yīng)為2H2O + 2CO2 ═ 2HCOOH + O2可知,該反應(yīng)中C元素化合價由+4價變?yōu)?/span>+2價,O元素化合價由-2價變?yōu)?/span>0價,所以1是負極、2是正極,(也可根據(jù)裝置圖中電子的流向判斷1是負極、2是正極),負極上水失電子生成氫離子和氧氣,判斷電極1電極反應(yīng):2H2O-4e-═ O2+4H+,酸性增強,H+通過質(zhì)子膜進入到電極2區(qū)域;電極2通入二氧化碳,酸性條件下生成HCOOH,電極反應(yīng):CO2+2H++2e-═HCOOH,酸性減弱, 從總反應(yīng)看,每消耗1molCO2,就會消耗1molH2O,現(xiàn)有標準狀況下, 11.2L CO20.5mol反應(yīng),那就會消耗0.5molH2O9g。

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(3)在容量瓶上無需標記的是______

A.溫度 B.刻度線 C.濃度 D.容積

(4)在配制過程需要用到的儀器有_______________________________________

(5)在稱取NaOH固體后,進行了下列操作:

①往容量瓶中小心加蒸餾水至液面距刻度線1~2cm處,改用膠頭滴管加蒸餾水,使溶液凹液面的最低處與刻度線相切;

②將容量瓶塞緊,并充分搖勻;

③將NaOH固體于燒杯中溶解,待其溶液冷卻后,沿玻璃棒注入容量瓶中;

④用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒2~3次,并將洗滌液全部注入容量瓶。

上述操作步驟中,正確的順序是__________________。(填序號)

(6)在實驗過程中共有____________次用到玻璃棒?作用分別是什么?___________________________

(7)如圖所示是該學生轉(zhuǎn)移溶液的示意圖,

圖中的錯誤有①_____________________________;

_____________________________。

(8)若實驗過程中出現(xiàn)了如下情況,應(yīng)如何處理?

①加蒸餾水時不慎超過了刻度線:______________________________

②向容量瓶中轉(zhuǎn)移溶液時,不慎有液滴掉在容量瓶外面:_____________________。

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【題目】X、Y、Z、U、W是原子序數(shù)依次增大的前四周期元素。其中Y的原子核外有7種運動狀態(tài)不同的電子;X、Z中未成對電子數(shù)均為2;U是第三周期元索形成的簡單離子中半徑最小的元素;W的內(nèi)層電子全充滿,最外層只有1個電子。請回答下列問題:

(1)X、Y、Z的第一電離能從大到小的順序是_______ (用元素符號表示,下同)。

(2)寫出W的價電子排布式________ ,W同周期的元素中,與W原子最外層電子數(shù)相等的元素還有_______。

(3)根據(jù)等電子體原理,可知化合物XZ的結(jié)構(gòu)式是______,YZ2-的VSEPR模型是________。

(4)X、Y、Z的簡單氫化物的鍵角從大到小的順序是________(用化學式表示),原因是____________________

(5)由元素Y與U元素組成的化合物A,晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(黑球表示Y原子,白球表示U原子),請寫出化合物A的化學式_______,該物質(zhì)硬度大,推測該物質(zhì)為______晶體。其中Y元素的雜化方式是____________。

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______________________________、________________________________、___________________________、__________________、_____________________________________

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(1)圖1燒瓶中隨著反應(yīng)分進行,可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為①____________________;

_______________________________________

(2)圖2是圖1的改進裝置,其優(yōu)點有:①_______________________________________

________________________________________________________________________。

(3)為符合綠色化學的要求,進行如下設(shè)計:

方案1:以空氣為氧化劑,將銅粉在儀器B中反復(fù)灼燒,使銅與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅,再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)。

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①方案1中儀器B的名稱是________________

②方案2中生成CuSO4·5H2O的產(chǎn)率是________(保留三位有效數(shù)字)。

③上述兩種方案中,更符合綠色化學理念的是________(填“方案1” 或“方案2”),理由是:該方案的優(yōu)點是__________________________________________________;

另一方案的缺點是_________________________________________________________

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