【题目】 CO2的资源化利用一直是化学家们关注的重要课题,中科院大连化学物理研究所设计了一种新型多功能复合催化剂,成功地实现了CO2直接加氢制取高辛烷值汽油:(反应①),该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
(1)已知氢气的燃烧热为,若要利用的燃烧热求a的值,则还需要知道一个反应的,该反应是________________________________。反应①在一定条件下具有自发性,则a_______________0(填“>”或“<”)。
(2)向某密闭容器中按一定投料比充入、,控制条件使其发生反应:。测得的平衡转化率与温度、压强之间的关系如图1所示:
则X表示______________,___________(填“>”或“<”)。欲提高的平衡转化率并提高单位时间内的产量,可采取的措施是______________________(填两种)。
(3)控制一定温度、催化剂,按不同投料比将反应物通入到某密闭容器中,测得平衡时的百分含量与投料比之间的关系如图2所示,则____________。
(4)在钌-铑双金属催化剂的作用下,CH3OH、CO2、H2可高效地转化为乙酸,反应方程式为。一定温度下,向某刚性容器中通入等物质的量的三种原料气,测得体系中的总压强与时间的关系如下表所示:
t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
p/kPa | 3 | 2.7 | 2.5 | 2.35 | 2.26 | 2.2 | 2.2 |
则反应开始到达到平衡的过程中,____________________________。
(5)碳捕捉技术的发展也有利于CO2在资源应用方面得到充分利用。常温下,若某次用NaOH溶液捕捉空气中的CO2所得溶液的pH=10,并测得溶液中,则_____________。
【答案】 < 压强 < 增大压强、增大 3.2 0.032 80
【解析】
(1)根据盖斯定律分析;当△G=△H-T△S<0时反应可以自发进行;
(2)该反应为放热反应,若X为温度,随温度升高平衡逆向移动,氢气的转化率应减小,与图形不符,所以X为压强,Y为温度;
(4)刚性容器中,气体的分压之比等于物质的量之比,所以可以把压强等效为物质的量来进行计算,所以不妨设初始投料为CH3OH、CO2、H2均为1mol,则平衡时气体的总物质的量为2.2mol,设平衡时三种物质的转化量为x,则列三段式有
则有3(1-x)+2x=2.2mol,解得x=0.8mol。
(1)表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H ②;
又已知反应 ①;
①-②×16可得反应,根据盖斯可知若再知道该反应的焓变,即可求反应①的焓变;当△G=△H-T△S<0时反应可以自发进行,该反应为气体减少的反应,所以△S<0,若要满足△H-T△S<0则△H必须小于0;
(2)根据分析可知X表示压强,Y表示温度,相同压强下,温度越高氢气的转化率越小,所以Y1<Y2;增大二氧化碳的浓度可以使平衡正向移动,且反应速率增大,单位时间内C5H12(l)的产率增大;该反应为气体体积减小的反应,缩小体积增大压强也可以使平衡正向移动,同时增大反应速率;降低温度、及时移走生成物虽然能使平衡正向移动,但会使反应速率减小,综上所述可以采取的措施有增大压强、增大;
(3)对于可逆反应,当反应物的投料比与计量数之比相等时,产物的平衡百分含量最大,所以n0==3.2;
(4)根据表格数据可知25min时反应达到平衡,结合分析可知该时段内△p(CO2)=0.8kPa,所以v(CO2)==0.032kPa/min;结合分析可知平衡时p(CO2)= p(CH3OH)= p(H2)=0.2kPa;p(H2O)= p(CH3COOH)=0.8kPa,所以Kp==80kPa-1;
(5)Ka2(H2CO3)=,时,pH=10,即c(H+)=10-10mol/L,所以Ka2(H2CO3)=0.5×10-10=5×10-11。
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【题目】乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O}是一种很好的食品铁强化剂,易溶于水,吸收效果比无机铁好,可由乳酸与FeCO3 反应制得:2CH3CH(OH)COOH+FeCO3+2H2O→[CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O+CO2↑。
Ⅰ.制备FeCO3:装置如图所示。
(1)B的名称是____。
(2)①清洗仪器,检查装置气密性的方法是:在D处导管末端套上夹止水夹的橡胶管,在A中加入水,分别打开活塞K1和K3。关闭活塞K2,若观察到___,则气密性良好。
②倒掉A中的水,加入盐酸,在B中加入铁粉、C中加入NH4HCO3溶液。关闭活塞K2,打开活塞K1和K3;滴入足量盐酸后,关闭活塞K1,开动搅拌器,反应一段时间后关闭活塞K3,打开活塞K2,C中发生的反应的离子方程式为____。
Ⅱ.制备乳酸亚铁晶体:将制得的FeCO3加入乳酸溶液中,加入少量铁粉,在75℃下搅拌使之充分反应。然后再加入适量乳酸。
(3)加入少量铁粉的作用是___。从所得溶液中获得乳酸亚铁晶体所需的实验操作是:隔绝空气低温蒸发,冷却结晶,____、洗涤、干燥。
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【题目】丙烯是一种重要的化工原料。可由丙烷催化脱氢制备。
主反应:①C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g) ΔH1
副反应:②C3H8(g)=C2H4(g)+CH4(g)
③C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)
④C3H8(g)+H2(g)=C2H6(g)+CH4(g)
回答下列问题:
(1)已知:C3H8(g)+O2(g)=C3H6(g)+H2O(g) ΔH2=-117kJ/mol
H2(g)+O2(g)=H2O(g) ΔH3=-242kJ/mol。反应①的ΔH1=___。
(2)某温度下,在体积不变的密闭容器内发生反应①,起始总压强为105Pa,平衡时总压增加了20%。则C3H8的转化率为___;该反应的平衡常数Kp=___Pa。若提高C3H8的平衡转化率,可采取的措施有___(填标号)。
A.增大C3H8的浓度
B.提高温度
C.恒容下通入惰性气体
D.使用高效催化剂
(3)工业生产中常采用恒压下充入高温水蒸气的条件。如图表示常压下反应①C3H8的平衡转化率与温度及水烃比(M)的关系,M2___5(填“>”或“<”)。
(4)已知高温下C-C键断裂反应比C-H键断裂的脱氢反应容易发生,这将导致丙烯选择性降低;同时高温加剧催化剂表面积炭,导致催化剂迅速失活。在生产中充入CO2的作用之一是利于催化剂活性保持,其原因是___。反应气中的配比对催化剂活性的影响如表所示。其中C3H6收率最高时的配比是___。
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【题目】李兰娟院士团队在救治感染新型冠状病毒患者过程中,发现达芦那韦对新冠病毒有一定的抑制作用。下列有关该物质的说法正确的是
A.含有苯环,属于芳香烃
B.苯环上的一溴代物代物有5种同分异构体
C.1 mol该物质最多能与7 mol H2发生加成反应
D.不能溶于水、酸溶液、碱溶液
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【题目】随原子序数递增,八种短周期元素(用字母x等表示)原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如图所示。
根据判断出的元素回答问题:
(1)f在周期表中的位置是________。
(2)比较d、e常见离子的半径大小(用化学式表示,下同):________>________;比较g、h的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱________>________。
(3)任选上述元素组成一种四原子共价化合物,写出其电子式:_________________________。
(4)e的单质在足量中燃烧的化学方程式:_________________________。
(5)上述元素可组成盐。向盛有溶液的烧杯中滴加溶液,沉淀物质的量随溶液体积的变化示意图如下:
①R溶液的电离方程式____________________________。
②写出m点反应的离子方程式:____________________。
③若在R溶液中改加溶液,充分反应后,溶液中产生沉淀的物质的量为________。
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【题目】以北京大学马丁教授为代表的多个团队,研发出了高效的铁基(如、、、)费托合成催化剂,以和为原料可高产率合成烯烃、烷烃,如、,为煤的气化、液化使用开拓了新途径。
⑴中能量最高的能级上的电子云有__________种伸展方向,位于不同方向中运动的电子的能量大小关系是_______________。当原子电子排布由时,体系的能量_________(填“增大”或“减小”)。
⑵、C、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为___________;分子中碳原子的杂化轨道类型为________________;题干所述反应中分子中断裂的化学键类型为__________(填字母)。
A.2个σ键、1个键B.1个σ键、2个键C.非极性键
⑶新戊烷分子中5个碳原子形成的空间构型是_______________,该分子是________(填“极性”或“非极性”)分子。随着烃分子中碳原子数目的增加,同系物的沸点升高,其原因是_________。
⑷碳、铁之间可形成多种化合物,其中一种化合物的晶体结构(面心立方结构)如图所示:
则编号为①的原子的坐标为_____________;该化合物的化学式为_____________;设该晶体的晶胞参数为,阿伏加德罗常数的值为,则该晶体的密度为____________________(列出计算式即可)。
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【题目】已知25 ℃时0.1 mol·L-1醋酸溶液的pH约为3,向其中加入醋酸钠晶体,等晶体溶解后发现溶液的pH增大。对上述现象有两种不同的解释:甲同学认为醋酸钠水解呈碱性,增大了c(OH-),因而溶液的pH增大;乙同学认为醋酸钠溶于水电离出大量醋酸根离子,抑制了醋酸的电离,使c(H+)减小,因此溶液的pH增大。
(1)上述两种解释中________(填“甲”或“乙”)正确。
(2)为了验证上述哪种解释正确,继续做如下实验:向0.1 mol·L-1的醋酸溶液中加入少量下列物质中的________(填写编号字母),然后测定溶液的pH。
A.固体CH3COOK | B.固体CH3COONH4 |
C.气体NH3 | D.固体NaHCO3 |
(3)若________(填“甲”或“乙”)的解释正确,溶液的pH应________(填“增大”、“减小”或“不变”)(已知25 ℃ 时,CH3COONH4溶液呈中性)。
(4)常温下将0.010 mol CH3COONa和0.004 mol HCl溶于水,配制成0.5 L混合溶液。判断:
①溶液中共有________种粒子。
②溶液中有两种粒子的物质的量的和一定等于0.010 mol,它们是________和________。
③溶液中n(CH3COO-)+n(OH-)-n(H+)=________mol。
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【题目】某同学为了探究原电池产生电流的过程,设计了如图所示实验。
(1)打开K,观察到的现象为 ,
(2)关闭K,观察到的现象是 ,
此电池的负极的电极反应式为 ,
总反应式为 。
(3)关闭K,溶液中阳离子向 (填Zn或C)极运动,
外电路中,电子流动方向是 。
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【题目】工业废气中的二氧化硫和氮氧化物是大气主要污染物,脱硫脱氮是环境治理的热点问题。回答下列问题:
(1)已知氮及其化合物发生如下反应:
N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1
N2(g)+2O2(g)2NO2(g) ΔH=+68kJ·mol-1
则2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH___kJ·mol-1。
(2)利用KMnO4脱除二氧化硫的离子方程式为:___
①□MnO+□SO2+□H2O□MnO+□ +□ 。(在“□”里填入系数,在“__”上填入微粒符号)
②在上述反应中加入CaCO3可以提高SO2去除率,原因是___。
(3)CaSO3与Na2SO4混合浆液可用于脱除NO2,反应过程为:
I.CaSO3(s)+SO(aq)CaSO4(s)+SO(aq)
II.SO(aq)+2NO2(g)+H2O(l)SO(aq)+2NO(aq)+2H+(aq)
浆液中CaSO3质量一定时,Na2SO4的质量与NO2的去除率变化趋势如图所示。
a点后NO2去除率降低的原因是___。
(4)检测烟道气中NOx含量的步骤如下:
I.将VL气样通入适量酸化的H2O2溶液中,使NOx完全被氧化为NO;
II.加水稀释至100.00mL,量取20.00mL该溶液,与V1mLc1mol·L-1FeSO4标准溶液(过量)充分混合;
III.用c2mol·L-1KMnO4标准溶液滴定剩余的Fe2+,终点时消耗V2mL。
①NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为___。
②滴定过程中主要使用的玻璃仪器有___和锥形瓶等。
③滴定过程中发生下列反应:
3Fe2++NO+4H+=NO↑+3Fe3++2H2O
MnO+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
烟气气样中NOx折合成NO2的含量为__mg·m-3。
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