【题目】C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题,科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的不利影响。
(1)研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物,主要有以下反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6 kJ/mol
反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) △H2=+23.4 kJ/mol
反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H3
①△H3=____kJ/mol。
②在恒定压强、T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入3 L的密闭容器中发生I、Ⅲ反应,5 min后反应达到平衡状态,此时CH3OH(g) 物质的量为2mol,CH3OCH3(g)的物质的量为0.5mol;则T1温度时反应I的平衡常数Kc的计算式为______。
③恒压下将CO2和H2按体积比1:3混合,在不同催化剂作用下发生反应I和反应III,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如下图 。其中:CH3OH的选择性=×100%
在上述条件下合成甲醇的工业条件是_____________。
A.210℃ B. 230℃ C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr-1)T
(2)一定条件下,可以通过CO与SO2反应生成S和一种无毒的气体,实现燃煤烟气中硫的回收,写出该反应的化学方程式___________。在不同条件下,向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO2,反应体系总压强随时间的变化如图所示:
①图中三组实验从反应开始至达到平衡时,反应速率v(CO)最大的为_____(填序号)。
②与实验a相比,c组改变的实验条件可能是___________。
(3)“亚硫酸盐法”吸收烟气中的SO2。室温条件下,将烟气通入(NH4)2SO3溶液中,测得溶液pH与含硫组分物质的量分数的变化关系如图所示,b点时溶液pH=7,则n(NH4+):n(HSO3)=________。
(4)间接电化学法可除NO。其原理如图所示,写出电解池阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性)_____。
【答案】-122.6 BD 2CO+SO2=S+2CO2 b 升高温度 3:1 2HSO3+2e+2H+=S2O42+2H2O
【解析】
(1)①根据盖斯定律计算;
② 容器保持恒压,根据体积之比等于物质的量之比,计算平衡时的浓度及反应I的平衡常数Kc;
③根据图像进行判断;
(2)根据元素守恒,无毒的物质为二氧化碳;
①反应速率越快,达到平衡状态所用的时间越短,根据图像判断;
②初始条件为恒容,c组实验与b的初始压强相同,达到平衡状态时,c组使用时间长,则为温度不相同;
(3)根据图像可知,pH=7,根据溶液呈电中性计算;
(4)根据图像可知,阴极上亚硫酸氢根离子得电子,生成S2O42,根据原子守恒,氢离子参与反应生成水。
(1)①根据盖斯定律,反应I×2-反应II可得2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g),则△H3=-49.6×2-23.4=-122.6kJ/mol;
② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
反应:2 6 2 2
平衡: 2 2
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
反应:1 3 0.5 1.5
平衡: 0.5 1.5
则平衡时,n(CO2)=3mol,n(H2)=3mol,n(CH3OH)=2mol,n(CH3OCH3)=0.5mol,n(H2O)=3.5mol,容器保持恒压,则平衡后的体积==2L,平衡时的浓度c(CO2)=1.5mol/L,c(H2)=1.5mol/L,c(CH3OH)=1mol/L, c(H2O)=1.75mol/L,反应I的平衡常数Kc的计算式=;
③根据图像可知,选择催化剂CZ(Zr-1)T、在230℃时产率最高,则合成甲醇的工业条件是BD;
(2)CO与SO2反应生成S和一种无毒的气体,根据元素守恒,含C,无毒的物质为二氧化碳,则方程式为2CO+SO2=S+2CO2;
①反应速率越快,达到平衡状态所用的时间越短,根据图像可知,b达到平衡状态时用的时间最短,则反应速率最快;
②初始条件为恒容,c组实验与b的初始压强相同,达到平衡状态时,c组使用时间长,则为温度不相同,c组改变的实验条件为升高温度;
(3)根据图像可知,b点时,c(HSO3)= c(SO32),pH=7,则c(H+)= c(OH),根据溶液呈电中性,c(NH4+)+ c(H+)= c(HSO3)+2c(SO32)+c(OH),c(NH4+)=3c(HSO3),则n(NH4+):n(HSO3)=3:1;
(4)根据图像可知,阴极上亚硫酸氢根离子得电子,生成S2O42,根据原子守恒,氢离子参与反应生成水,则电极反应式为2HSO3+2e+2H+=S2O42+2H2O。
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【题目】原子序数小于36的X、Y、Z、W、R五种元素,原子序数依次增大。五种元素中,仅R为金属元素,其原子序数为27。X价电子排布式为nsnnpn,元素Z基态原子s电子总数与p电子总数相等,W与其它四种元素能层数不同,且未成对电子数目为1个。根据判断出的元素回答下列问题:
(1)R2+离子核外电子排布式为________,X、Y、Z三种原子第一电离能由小到大的顺序为________(用具体元素符号表示)。
(2)1 mol配合物[R(XY)6]4-中含有σ键的数目为________。
(3)XZW2是一种高毒类物质,结构与甲醛(HCHO)相似,其沸点高于甲醛的主要原因是________。
(4)YW3为黄色、油状、具有刺激性气味的液体,该分子的立体构型为________(用文字描述)。
(5)某晶体的晶胞结构如图所示,则该化合物的化学式为________(R、Z用具体元素符号表示)。
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【题目】电镀含铬废水的处理方法较多。
Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr3+,同时还含有少量的Cu2+、Fe2+、Fe3+和Al3+等,且酸性较强。为回收利用,通常采用如下流程处理:
已知:a.Cr(OH)3→NaCrO2→Na2CrO4→Na2Cr2O7
b.Cu(OH)2能溶于氨水:Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
请回答:
(1)操作Ⅰ的名称为__,上述操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同,进行该实验操作所需要的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外,还有__。
(2)试剂乙的名称为__,滤渣Ⅱ的主要成分为__(写化学式)。
Ⅱ.工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大的伤害,工业上常用还原沉淀法进行处理。
该处理方法的工艺流程为:CrO42-Cr2O72-Cr3+Cr(OH)3↓
其中第①步存在平衡:2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O
(1)若该平衡处于强酸性环境中,则溶液显___色。
(2)能说明第①步反应达平衡状态的是___。
A.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同
B.2v(Cr2O72-)=v(CrO42-)
C.溶液的颜色不变
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【题目】研究和深度开发CO、CO2的应用对建生态文明社会具有重要的意义。
(1)CO可用于炼铁,已知:
Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g) ΔH1=+489.0kJmol-1,
C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJmol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为____________________。
(2)分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)。写出该电池的负极反应式:__________________。
(3)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH的物质的量随时间的变化见图1。
①线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI______KⅡ(填“>”或“=”或“<”)。
②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
容器 | 甲 | 乙 |
反应物投入量 | 1mol CO2、3mol H2 | a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c molH2O(g) |
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为____________。
(4)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2(g)转化为CH4和O2,紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化见图2。在0~15小时内,CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_____________(填序号)
(5)一种甲醇燃料电池,使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。
请写出加入(通入)b物质一极的电极反应式________________;每消耗6.4g甲醇转移的电子数为_______________。
(6)一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。通常状况下,将amol/L的醋酸与bmol/LBa(OH)2溶液等体积混合后,溶液中:2c(Ba2+)=c(CH3COO-),用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为__________________。
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【题目】草酸(H2C2O4)是一种二元弱酸,在菠菜、苋菜、甜菜等植物中含量较高。25℃时,向H2C2O4溶液中滴加NaOH溶液,混合溶液中lgX [X表示 或 随pH的变化关系如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.直线I中X表示的是
B.直线I、Ⅱ的斜率均为1
C.0.1mol/ L NaHC2O4溶液中:c(Na+)>c(HC2O4-)> c(C2O42-)> c(H2C2O4)
D.已知:25℃时,NH3·H2O的电离常数为10-4.69,则(NH4)2C2O4溶液呈碱性
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【题目】氨基甲酸铵分解反应为NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g),在一体积恒定的容器里,发生上面的反应,可以判断该反应已经达到平衡的是
A. 密闭容器中氨气的体积分数不变
B. 1 mol NH2COONH4分解同时有17g NH3消耗
C. 密闭容器中混合气体的密度不变
D. 混合气体的平均分子量不变
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【题目】化学反应A2(g) + B2(g)=2AB(g) 的能量变化如图所示,下列叙述中正确的是( )
A.每生成2mol AB(g) 共吸收b kJ热量
B.该反应热ΔH = +(a-b) kJ·mol-1
C.反应物的总能量大于生成物的总能量
D.断裂1 mol A—A键,放出a kJ能量
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【题目】溴乙烷在不同溶剂中与NaOH发生不同类型的反应,生成不同的反应产物。
某同学依据溴乙烷的性质,用如图实验装置(铁架台、酒精灯略)验证取代反应和消去反应的产物,请你一起参与探究。
实验操作Ⅰ:在试管中加入5 mL 1 mol/L NaOH溶液和5 mL 溴乙烷,振荡。
实验操作II:将试管如图固定后,水浴加热。
(1)用水浴加热而不直接用酒精灯加热的原因是_______________________________。
(2)观察到_________________________现象时,表明溴乙烷与NaOH溶液已完全反应。
(3)鉴定生成物中乙醇的结构,可用的波谱是_________________________________。
(4)为证明溴乙烷在NaOH乙醇溶液中发生的是消去反应,在你设计的实验方案中,需要检验的是______________________,检验的方法是_____________(需说明:所用的试剂、简单的实验操作及预测产生的实验现象)。
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【题目】稀土是一种重要的战略资源。氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3,它是提取铈等稀土元素的重要矿物原料。氟碳铈矿的冶炼工艺流程如下:
已知:
i.铈的常见化合价为+3、+4。焙烧后铈元素转化成CeO2和CeF4。四价铈不易进入溶液,而三价稀土元素易进入溶液。
ii.酸浸II中发生反应:9CeO2+3CeF4+45HCl+3H3BO3=Ce(BF4)3↓+11CeCl3+6Cl2↑+27H2O
请回答下列问题:
(1)①焙烧氟碳铈矿的目的是_______。
②焙烧后产生的CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分,它能在还原气氛中供氧,在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1-x)+xO2↑的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式:________。
(2)在酸浸I中用盐酸浸出时,有少量铈进入滤液,且产生黄绿色气体。少量铈进入稀土溶液发生反应的离子方程式是________。
(3)向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是______。
(4)操作I的名称为_______,在实验室中进行操作II时所需要的硅酸盐仪器有_______。
(5)“操作I”后,向溶液中加入NaOH溶液来调节溶液的pH,以获得Ce(OH)3沉淀,常温下加入NaOH调节溶液的pH应大于________即可认为Ce3+已完全沉淀。(已知:Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20)
(6)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品5.000g,加酸溶解后,向其中加入含0.03300mol FeSO4的FeSO4溶液使Ce4+全部被还原成Ce3+,再用0.1000mol·L-1的酸性KMnO4标准溶液滴定至终点时,消耗20.00mL标准溶液。则该产品中Ce(OH)4的质量分数为______(已知氧化性:Ce4+>KMnO4;Ce(OH)4的相对分子质量为208,保留3位有效数字)。
(7)利用电解方法也可以实现铈的回收。在酸性条件下电解Ce2O3(如图),离子交换膜为____(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
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