【题目】清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。
Ⅰ. 工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇,有关化学反应如下:
反应A:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6kJ·mol-1
反应B:CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g) △H2=+41kJ·mol-1
⑴ 写出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式: __________________。
⑵ 反应A可自发进行的温度条件是________(填“低温”或“高温”) 。
⑶ 写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________。
⑷ 在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混和气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示(选择性:转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)。
温度对反应的影响 压强对反应的影响
① 由上图可知,影响产物选择性的外界条件是______。
A. 温度 B. 压强 C. 催化剂
② 如图中M点温度为250℃,CO2的平衡转化率为25%,该温度下反应B的平衡常数为________________(用分数表示)。
Ⅱ.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水,并以NaCl调节溶液中氯离子浓度,阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。
⑸ 阳极反应式为__________________________________。
⑹ 除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。
【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.6kJ·mol-1 低温 增大压强,适当降温,及时分离出产物(H2O或CH3OH) AB 1/60 2Cl――2e―= Cl2↑ 2NH4++3Cl2= 8H++N2↑+6Cl―
【解析】
(1)根据盖斯定律分析解答;
(2)反应能自发进行,需要满足△H-T△S<0;
(3)提高甲醇的产率,应使平衡正向移动,结合方程式的特点判断;
(4)①根据温度和压强对反应的影响曲线图结合反应的方程式分析判断;②在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混合气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,250℃时,反应A和B达到平衡,平衡时容器体积为VL,CO2转化率为25%,根据温度对反应的影响曲线可知,CH3OH和CO选择性均为50%,结合方程式利用三段式结合平衡常数表达式分析计算;
(5)阳极发生氧化反应,氯离子放电生成氯气;
(6)氯气具有氧化性,铵根离子中氮是-3价,具有还原性,二者能够发生氧化还原反应,据此书写反应的离子方程式。
Ⅰ.(1)反应A:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6kJ·mol-1,反应B:CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g) △H2=+41kJ·mol-1,根据盖斯定律,将A-B得:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=(-49.6kJ·mol-1)-(+41kJ·mol-1)=-90.6kJ·mol-1,故答案为:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.6kJ·mol-1;
(2)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1,△H<0,△S<0,如反应能自发进行,应满足△H-T△S<0,低温下即可进行,故答案为:低温;
(3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1,由化学计量数可知,增大压强,平衡正向移动;正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动;及时分离出产物(H2O或CH3OH),平衡也正向移动,这些措施均有利于提高甲醇的产率,故答案为:增大压强,适当降温,及时分离出产物(H2O或CH3OH);
(4)① 根据温度和压强对反应的影响曲线图可知,反应A为放热反应,反应B为吸热反应,改变温度,平衡一定移动,说明温度影响产物的选择性;增大压强,反应A正向移动,甲醇的产率增大,说明压强影响产物的选择性,因此温度和压强对产物的选择性均有影响,加入催化剂,平衡不移动,不会影响产物的选择性,故答案为:AB;
②在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混合气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,250℃时,反应A和B达到平衡,平衡时容器体积为VL,CO2转化率为25%,根据温度对反应的影响曲线可知,CH3OH和CO选择性均为50%,由方程式可知,消耗的二氧化碳的物质的量n(CO2)=×25%mol=mol,剩余二氧化碳的物质的量为mol,生成CH3OH和CO共mol,分别为mol,生成n(H2O)=mol,两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol,则剩余氢气的物质的量为mol-mol=mol,则反应B的平衡常数K===,故答案为:;
Ⅱ.(5)阳极发生氧化反应,氯离子放电生成氯气,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑,故答案为:2Cl--2e-=Cl2↑;
(6)氯气具有氧化性,铵根离子中氮是-3价,具有还原性,能够被氯气氧化成氮气,氯气得电子生成-1价的氯离子,反应的离子方程式为2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-,故答案为:2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-。
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【题目】已知某无色透明溶液中仅含有包括Na+和CH3COO-在内的四种离子。
请回答下列问题。
(1)该溶液中的溶质可能有三种情况,请分别写出各种情况的化学式:
①_____________________;②________________________;③____________________ 。
(2)25℃,若由0.1 mol/L的CH3COOH溶液与0.1 mol/L的NaOH溶液等体积混合,测得混合溶液的pH=8,则c(CH3COOH)+c(H+)的精确值为___________________mol/L。
(3)若该溶液的pH=8,则c(Na+)-c(CH3COO-)的精确值为___________________mol/L。
(4)当溶液中各离子浓度大小的顺序为c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)时,则该溶液可能是____(填序号);
A.由0.1 mol/L的CH3COONa溶液与0.1 mol/L的CH3COOH溶液等体积混合而成
B.由0.1 mol/L的CH3COOH溶液与0.1 mol/L的NaOH溶液等体积混合而成
C.由0.2 mol/L的CH3COONa溶液与0.1 mol/L的HCl溶液等体积混合而成
D.由0.2 mol/L的CH3COOH溶液与0.1 mol/L的NaOH溶液等体积混合而成
(5)常温下,将a mol/L的CH3COOH溶液与0.01 mol/L的NaOH溶液等体积混合,反应平衡后溶液中c(Na+)=c(CH3COO-),用含a的代数式表示CH3COOH的电离平衡常数Ka=_________。
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【题目】甲醇是最基本的有机化工原料之一。工业上可用二氧化碳和氢气反应来生产甲醇。
(1)已知气态甲醇的燃烧热为a kJ/mol,2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH= -bkJ/mol;H2O(g)=H2O(l) ΔH= -ckJ/mol。 则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=_________。
(2)某温度下,在2 L密闭容器中,充入2.4 mol CO2和4.4 mol H2,发生合成甲醇的反应,测得甲醇的物质的量随时间的变化图像如图中的曲线I,则前4分钟ν(CO2)=__________;若在1 min时,改变某一反应条件,曲线I变为曲线II,则改变的条件为___________;该温度下反应的化学平衡常数为___________。
(3)在另一温度下发生合成甲醇的反应,如图关闭K,向A容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,向B容器中充入1.2 mol CO2和4.8 mol H2,两容器分别发生上述反应。已知起始时容器A和B的体积均为a L,反应达到平衡时容器B的体积为0.9a L,维持其他条件不变,若打开K一段时间后重新达到平衡,容器B的体积为______L(不考虑温度的变化,P为可自由滑动活塞,不考虑活塞的摩擦力)。
(4)一定条件下甲醇可进一步氧化转化为甲酸。室温下,将amol/L的甲酸与bmol/L的NaOH溶液等体积混合,体系中存在c(Na+)=c(HCOO-),试用含a和b的代数式表示甲酸的电离常数为_____________________。
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【题目】桂皮酸是从肉桂皮中分离出的有机酸,广泛应用于精细化工品的生产。桂皮酸的一条成路线如下,部分需要的试剂或条件略去:
已知:
(1)D中官能团名称为___________________,反应IV的反应类型为______________________。
(2)写出反应I的化学方程式__________________________________________
(3)写出桂皮酸的结构简式____________________________________________
(4)为检验D是否已经完全转化为桂皮酸,所用试剂和实验条件是_________________________。
(5)写出同时满足下列三个条件的C的同分异构体的结构简式__________________
①属于芳香族化合物 ②核磁共振氢谱为四组峰 ③能与 NaHCO3溶液反应产生气体
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【题目】某研究性学习小组的同学对Zn.Cu、稀硫酸组成的原电池进行了探究,其中甲同学利用下图I装置进行探究,乙同学经过查阅资料后设计了图II装置进行探究(盐桥内含有某种电解质的饱和溶液,起到连通电路的作用)。
(1)实验表明,图I中两个电极上均有气泡产生,锌电极上有气泡产生,说明反应中有一部分化学能转化为______能;铜电极上有气泡产生,说明反应中有一部分化学能转化为____能。
(2)图II中的X、Y是ZnSO4溶液及稀硫酸中的一种,实验过程中只有正极上产生气泡,则X是_________,正极上的电极反应式为__________。
(3)当图I装置的溶液质量增加63g时,生成的氢气共有______L(标准状况);当图II中锌电极质量减少65g时,电路中转移的电子数为______NA。
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【题目】Na2O2是重要的化工原料,具有多种用途。
(1)Na2O2具有氧化性,可以将SO2氧化为硫酸钠,写出该反应的化学方程式:______________________,该反应中,Na2O2的作用为____________(填“还原剂”、“氧化剂”或“既是氧化剂又是还原剂”)。
(2)Na2O2与CO2反应可以产生氧气。某同学通过下列装置验证Na2O2能否与CO2反应。 (图中铁架台等装置已略去)。
①装置A的名称是_________,A中的固体为_______________,装置B中试剂的作用为__________________________
②若Na2O2能与CO2,则装置C中的现象是_____________________________
(3)碱石灰是干燥剂,在a处收集气体,检测发现该气体中几乎都是CO2气体(过氧化钠足量),则说明过氧化钠与CO2气体不反应。该同学查阅相关文献,然后撤掉装置B,其他都保留(包括试剂),连接好装置后再次进行实验,重新收集气体检测,发现得到的气体几乎都是氧气,该实验结果说明过氧化钠与CO2气体反应需要_______________。
(4)将一定量的Na2O2固体投入到含有下列离子的溶液中:NO3-、HCO3-、CO32-、Na+,反应完毕后,溶液中上述离子数目几乎不变的有(不考虑溶液体积的变化)__________(填离子符号)。
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【题目】镓是制作高性能半导体的重要原料。工业上常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物,利用该矿渣制镓的工艺流程如下:
已知:①镓在元素周期表中位于第四周期第ⅢA,化学性质与铝相似。
②lg2=0.3,lg3=0.48。
③部分物质的Ksp如F表所示
物质 | ||||
Ksp |
(1)滤渣1的主要成分是_________(写化学式)。
(2)加入H2O2的目的是(用离子方程式表示)___________。
(3)调pH的目的是______;室温条件下,若浸出液中各阳离子的浓度均为0.01 mol/L,当溶液中某种离子浓度小于mol/L时即认为该离子已完全除去,则pH应调节的范围为_______。
(4)操作D包括:__________过滤、洗涤、干燥。
(5)制备、精炼金属Ga。
①电解法制备金属镓。用惰性电极电解溶液即可制得金属镓,写出阴极电极反应式_________。
②电解法精炼金属镓(粗镓含Zn、Fe、Cu等杂质,已知氧化性:
下列有关电解精炼金属镓的说法正确的是_______(填字母序号)。
A .电解精炼镓时粗镓与电源的正极相连
B. 电解精炼过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C. 电解后,Cu和Fe沉积在电解槽底部形成阳极泥
D. 若用甲烷燃料电池电解精炼金属镓,当阴极有56.0 g镓析出时,电池负极最多消耗标准状况下的6.72 L
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【题目】氯化亚锡用途广泛,在无机工业中用作还原剂,在口腔护理行业中,二水氯化亚锡多用于防龋齿脱敏类牙膏中,以预防龋齿的发生。某研究小组制取二水氯化亚锡工艺流程如下:
查阅资料:
Ⅰ.酸性条件下,锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式,Sn2+易被氧化。
Ⅱ.SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡。
(1)四氯化锡暴露于空气中与空气中水分反应生成白烟,有强烈的刺激性气味,生成偏锡酸(H2SnO3),写出该反应的化学方程式______;
(2)将金属锡熔融,然后泼入冷水,激成锡花,其目的是______;
(3)在制备二水氯化亚锡时,温度对锡转化率的影响如图1所示,则该反应应控制的温度范围为______℃;
(4)反应原料中盐酸浓度对结晶率的影响如图2所示,则盐酸浓度应控制的范围为______,原因______。
(5)反应釜中发生反应的化学方程式为______;
(6)该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度(杂质不参与反应)
①将该试样溶于盐酸,发生反应为Sn+2HCl=SnCl2+H2↑;
②加入过量FeCl3溶液
③用已知浓度的K2Cr2O7滴定②中生成的Fe2+,则反应的离子方程式为______;
(7)取1.125g锡粉,经上述各步反应后,共用去0.1000mol/LK2Cr2O7溶液 30.00mL,锡粉中锡的质量分数为______。
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【题目】化学是一门以实验为基础的学科,化学所取得的丰硕成果与实验的重要作用分不开。结合下列实验装置图回答问题:
(1)写出上述图中仪器的名称:①________;②________;④________。
(2)若利用装置Ⅰ分离乙酸(沸点118 ℃)和乙酸乙酯(沸点77.1 ℃)的混合物,还缺少的仪器有________,将仪器补充完整后进行的实验操作的名称为________;实验时仪器②中冷却水的进口为________(填“f”或“g”)。
(3)现需配制250 mL 0.2 mol·L-1 NaCl溶液,装置Ⅱ是某同学转移溶液的示意图,图中有两处错误分别是________________,________________。
(4)下列关于仪器④的使用方法中,正确的是________(填下列选项的编号字母)。
A.使用前应检查是否漏液
B.使用前必须烘干
C.不能用作物质反应或溶解的容器
D.热溶液可直接转移到其中
(5)下列操作会使配制的溶液浓度偏高的是________(填下列选项的编号字母)。
A.没有将洗涤液转移到容量瓶
B.转移过程中有少量溶液溅出
C.摇匀后,液面下降,补充水
D.定容时俯视刻度线
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