【题目】氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
(1)热分解法制氢。某温度,H2O(g) H2(g)+1/2O2(g)。该反应平衡常数表达式K=_____
(2)热化学循环制氢。制备H2的反应步骤如下:
①Br2(g) + CaO(s) = CaBr2(s) + 1/2O2(g) ΔH=-73 kJ·mol-1
②3FeBr2(s) + 4H2O(g) = Fe3O4(s) + 6HBr(g) + H2(g) ΔH=+384 kJ·mol-1
③CaBr2(s) + H2O (g) = CaO(s) + 2HBr(g) ΔH=+212 kJ·mol-1
④Fe3O4(s)+8 HBr(g) = Br2(g) + 3FeBr2(s) + 4H2O(g) ΔH=-274 kJ·mol-1
则 H2O(g) H2(g)+1/2O2(g) ΔH =_________kJ·mol-1。
(3)光电化学分解制氢,钛酸锶光电极:4OH--4e- O2+2H2O,则铂电极的电极反应为_______。
(4)水煤气法制氢。CO(g) + H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH <0,在850℃时,K=1。
① 若升高温度到950℃时,达到平衡时K_________1(填“>”、“<”或 “=”)。
② 850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2 和x mol H2,若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是_________。
(5)甲烷制氢。将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O (g)通入容积为100 L的反应室,在一定条件下发生反应:CH4(g) + H2O (g)=CO (g) + 3H2(g)。测得达到平衡所需的时间为5 min,CH4的平衡转化率为50%,则用H2表示该反应的平均反应速率为_____。
(6)LiBH4具有非常高的储氢能力,分解时生成氢化锂和两种非金属单质。该反应的化学方程式为_____。
【答案】K= 249 2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH-(或2H++2e-=H2↑) < x< 3 0.003 mol·L-1· min-1 2LiBH4=2 LiH+2B+3H2↑
【解析】
(1)依据化学平衡常数的概念和化学方程式列式得到;
(2)依据盖斯定律和热化学方程式计算得到所需要的热化学方程式;
(3)用原电池原理和电极书写方法写出,依据装置图分析反应实质是电解水;
(4)①反应是放热反应,升高温度,平衡逆向进行,平衡常数减小;
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行,浓度商小于平衡常数计算判断;
(5)依据甲烷的消耗量计算甲烷的化学反应速率,结合速率之比等于化学方程式中的计量数之比计算得到氢气表示的反应速率;
(6)依据分解产物配平书写化学方程式。
(1) 某温度下,H2O(g)H2(g)+O2(g),该反应的平衡常数表达式为K=
;
(2)①Br2(g) + CaO(s) = CaBr2(s) + 1/2O2(g) ΔH=-73 kJ·mol-1,②3FeBr2(s) + 4H2O(g) = Fe3O4(s) + 6HBr(g) + H2(g) ΔH=+384 kJ·mol-1,③CaBr2(s) + H2O (g) = CaO(s) + 2HBr(g) ΔH=+212 kJ·mol-1,④Fe3O4(s)+8 HBr(g) = Br2(g) + 3FeBr2(s) + 4H2O(g) ΔH=-274 kJ·mol-1,则由盖斯定律①+②+③+④得到: H2O(g) H2(g)+1/2O2(g) ΔH=(-73 kJ·mol-1)+(+384 kJ·mol-1)+(+212 kJ·mol-1)+(-274 kJ·mol-1)=+249kJ·mol-1;
(3) 钛酸锶光电极的电极反应为4OH--4e-═O2+2H2O,图分析可知反应的原理是电解原理的应用,实质是电解水,所以铂电极为阴极,氢离子得到电子生成氢气,则铂电极的电极反应2H2O+2e-═H2↑+2OH-(或2H++2e-═H2↑);
(4)①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H<0,在850℃时,K=1,反应是放热反应,温度升高平衡逆向进行,平衡常数减小,所以升高温度到950℃时,达到平衡时K<1;
②850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H2O、1.0mol CO2 和x mol H2,若要使上述反应开始时向正反应方向进行,说明此时的浓度商小于平衡常数,则Q==
<1,解得:x<3;
(5)甲烷制氢。将1.0mol CH4和2.0mol H2O (g)通入容积为100L的反应室,在一定条件下发生反应,测得达到平衡所需的时间为5min,CH4的平衡转化率为50%,消耗甲烷物质的量=1.0mol×50%=0.50mol,甲烷表示的反应速率==0.001mol/Lmin,依据化学方程式:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g),甲烷和氢气的反应速率之比等于1:3,则用H2表示该反应的平均反应速率为:0.003mol/Lmin;
(6) LiBH4具有非常高的储氢能力,分解时生成氢化锂和两种非金属单质,依据物质组成分析,非金属单质只能是氢气和硼单质,反应的化学方程式为:2LiBH4═2LiH+2B+3H2↑。
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【题目】目前碘酸钾被广泛应用于食盐加碘。一种由含碘废水制取碘酸钾的工艺如下:
(1)检验“含碘废水”中是否含有单质I2,常用的试剂是______。
(2)通入SO2的目的是将I2还原为I-,该反应的离子方程式为________。
(3)滤渣1的成分为______。(写化学式)
(4)“制KIO3溶液”时,发生反应的离子方程式为___________。
(5)KCl、KIO3的溶解度曲线如图所示。由上述流程中制得的KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为____。
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【题目】甲、乙两同学为探究与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀,用下图所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略,气密性已检验)。
实验操作和现象:
操作 | 现象 |
关闭弹簧夹,滴加一定量浓硫酸,加热 | A中有白雾生成,铜片表面产生气泡,B中有气泡冒出,产生大量白色沉淀,C中产生白色沉淀,液面上放略显浅棕色并逐渐消失 |
打开弹簧夹,通入N2,停止加热,一段时间后关闭 | |
从B、C中分别取少量白色沉淀,加稀盐酸 | 尚未发现白色沉淀溶解 |
(1)A中反应的化学方程式是_________________。
(2)C中白色沉淀是_______,该沉淀的生成表明SO2具有_______性。
(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是______。
(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因,甲认为是空气参与反应,乙认为是白雾参与反应。
①未证实各自的观点,在原实验基础上:甲在原有操作之前增加一步操作,该操作是____;乙在A、B间增加洗气瓶D,D中盛放的试剂是______。
②进行实验,B中现象:
甲 | 大量白色沉淀 |
乙 | 少量白色沉淀 |
检验白色沉淀,发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因:___。
(5)合并(4)中两同学的方案进行试验。B中无沉淀生成,而C中产生白色沉淀,由此得出的结论是_____。
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【题目】芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种可用于商业化的新型锂金属电池,电池结构如图所示: 电池工作时,下列说法错误的是
A. 该装置将化学能转化为电能
B. 负极上发生的电极反应为Li- e-= Li+
C. 该电池可用LiOH溶液作电解质
D. 电池工作时,电路中每流过1 mol电子,正极增重7g
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【题目】25℃时,在20 mL 0.1 mol·L-1一元弱酸HA溶液中滴加0. 1 mol· L-1 NaOH溶液,溶液中1g[c(A-)/c(HA)]与pH关系如图所示。下列说法正确的是
A. A点对应溶液中:c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(OH-)
B. 25℃时,HA酸的电离常数为1. 0× 10-5.3
C. B点对应的NaOH溶液体积为10 mL
D. 对C点溶液加热(不考虑挥发),则c(A-)/[c(HA)c(OH-)]一定增大
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【题目】多尺度复杂化学系统模型可以用量子化学计算小区间内(如生物固氮时固氮酶中)的化学反应。
(1)固氮酶有铁蛋白和钼铁蛋白两种,它们不仅能够催化N2还原成NH3,还能将环境底物乙炔催化还原成乙烯。
①乙炔是__________(填“非极性”或“极性”)分子。
②碳负离子CH3-的立体构型为____________。
③根据等电子原理,NO+的电子式为________________。
(2)钒可用于合成电池电极,也可用于人工合成二价的钒固氮酶(结构如图a)。
①V2+基态时核外电子排布式为____________________________________________。
②钒固氮酶中钒的配位原子有_____________________________(填元素符号)。
(3)烟酰胺(结构如图b)可用于合成光合辅酶NADPH,烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有_______________________,1 mol该分子中含σ键的数目为________。
(4)12 g石墨烯(结构如图c)中含有的正六边形数目约为________;请你预测硅是否容易形成类似石墨烯的结构,并说明理由:___________________________________。
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【题目】NA表示阿伏加德罗常数的数值,下列说法正确的是
A. 在标准状况下,11.2L HF含有的分子数目为0.5NA
B. 高温下,16.8 g Fe与足量水蒸气完全反应失去0.8NA个电子
C. 常温下,0.2 L 0.5 mol·L-1 NH4NO3溶液中含有的氮原子数小于0.2NA
D. 18g葡萄糖(C6H12O6)分子含有的羟基数目为0.6NA
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【题目】硫酸生产中存在炉气转化反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。研究发现,SO3的体积分数随温度(T)的变化如曲线I所示。下列判断正确的是
A.该反应的正反应为吸热反应
B.反应达到B点时,2υ正(O2)=υ逆(SO3)
C.曲线I上A、C两点反应速率的关系:υA>υC
D.已知V2O5的催化效果比Fe2O3好,若I表示用V2O5作催化剂时的曲线,则II是Fe2O3作催化剂时的曲线
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【题目】硫代硫酸钠()可用于照相业作定影剂,也可用于纸浆漂白作脱氯剂等.它易溶于水,难溶于乙醇,受热易分解,在酸性溶液中不能稳定存在.某实验室模拟工业硫化碱法制取硫代硫酸钠,其反应装置及所需试剂如下图:
实验具体操作步骤为:
①开启分液漏斗,使硫酸慢慢滴下,适当调节分液的滴速,使反应产生的气体较均匀地通入
和
的混合溶液中,同时开启电动搅拌器搅动,水浴加热,微沸。
②直至析出的浑浊不再消失,并控制溶液的接近7时,停止通入
气体。
③趁热过滤,将滤液加热浓缩,冷却析出。
④再经过滤、洗涤、干燥,得到所需的产品。
(1)仪器A的名称是_________。
(2)为了保证硫代硫酸钠的产量,实验中不能让溶液,请用离子方程式表示原因_________。
(3)写出三颈烧瓶B中制取反应的总化学反应方程式_________。
(4)为了验证固体硫代硫酸钠工业产品中含有碳酸钠,选用下列装置进行实验:
①实验装置的连接顺序依次_________(填装置的字母代号,各装置限用一次),装置C中的试剂为_________。
②能证明固体中含有碳酸钠的实验现象是_________。
③若要检验固体硫代硫酸钠工业产品中含有,需先加水配成稀溶液,再依次加入的试剂为_________、_________和品红溶液。
(5)常用作脱氯剂,在溶液中易被
氧化成
,该反应的离子方程式为_________。
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