(14分)氢是一种重要的非金属元素。氢的单质及其化合物在科学研究和工业生产中有着广泛而重要的作用。
(1)某硝酸厂处理尾气中NO的方法是:催化剂存在时用H2将NO还原为N2。
已知:
则H2还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程式是:
。
(2)在一定条件下,用H2将二氧化碳转化为甲烷的反应如下:
CO2(g)+4H2 (g) CH4 (g)+2H2O(g)
向一容积为2 L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2,在300℃时发生上述反应,达到平衡时各物质的浓度分别为CO2 0.2mol·L一1,H2 0.8mol·L一1,CH40.8mol·L一1,H2O1.6mol·L一1。则CO2的平衡转化率为 。上述反应的平衡常数表达式K= 。200℃时该反应的平衡常数K=64.8,则该反应的△H 0(填“>’’或“<”)。
(3)某研究小组以H2与CaCl2制备某种钙的化合物。已知反应只生成甲、乙两种化合物。对产物分析发现:化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%,化合物乙的水溶液显酸性。请回答下列问题:
①乙的化学式为 。
②甲与水反应可得H2,其化学方程式是:
。
(4)H2的获得途径很多,由哈工大研究小组设计的微生物电解有机废水法,既可以清除废水中的有机杂质,同时可以获得氢气。下图为一种处理含甲醇工业废水的微生物电解池,写出电解过程中,阳极发生的电极反应式: 。
(1)2NO(g) +2H2(g)=N2(g) + 2H2O(g) △H=-665kJ·moL-1(2分)
(2)80%; c(CH4)·c2(H2O)/c(CO2)·c4(H2);< (各2分)
(3)①HCl(2分) ②2CaHCl + 2H2O=CaCl2 + Ca(OH)2 + 2H2↑(3分)
(4)CH3OH-6e—+H2O=CO2↑+6H+
解析试题分析:(1)首先写出H2还原NO生成氮气和水蒸气的化学方程式并注明状态:2NO(g) +2H2(g)=N2(g) + 2H2O(g),然后根据键能求出焓变,?H=2×630kJ?mol?1+2×436kJ?mol?1—945kJ?mol?1—4×463kJ?mol?1=-665kJ·moL-1,可得热化学方程式。
(2)设起始时CO2和H2的物质的量浓度分别为x、y;
CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol?L?1) x y 0 0
变化浓度(mol?L?1) 0.8 3.2 0.8 1.6
平衡浓度(mol?L?1) 0.2 0.8 0.8 1.6
x=0.8mol?L?1 +0.2mol?L?1 =1mol?L?1,y=3.2mol?L?1 +0.8mol?L?1 =4mol/L;
CO2的平衡转化率=0.8mol?L?1÷1mol?L?1×100%=80%;根据平衡常数的含义可知平衡常数表达式K= c(CH4)·c2(H2O)/c(CO2)·c4(H2);300℃时平衡常数为:0.8×1.62 ÷(0.2×0.84)=25,200℃时该反应的平衡常数K=64.8,说明温度升高,平衡常数减小,平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,?H<0。
(3)①化合物乙的水溶液显酸性,根据元素守恒知乙为氯化氢。
②化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%,还有一种元素,根据反应中元素守恒知,另一种元素为氢元素,则其钙原子、氯原子和氢原子个数之比=52.29%/40:46.41%/35.5:(1-52.29%-46.41%)/1=1:1:1,所以所以甲的化学式为CaHCl,甲和水反应生成氢气,同时生成氯化钙、氢氧化钙,反应方程式为:2CaHCl+2H2O=CaCl2+Ca(OH)2+2H2↑
(4)阳极上发生CH3OH失电子反应,电极方程式为:CH3OH-6e—+H2O=CO2↑+6H+
考点:本题考查热化学方程式的书写、化学计算、平衡移动、化学方程式和电极方程式的书写。
科目:高中化学 来源: 题型:填空题
某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题:
(1)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是________________
(2)实验室中现有Na2SO4、CuCl2、MgSO4、K2SO4等4种溶液,可与上述实验中CuSO4
溶液起相似作用的是________;
(3)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有________________(答两种)
(4)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,
收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
实验 混合溶液 | A | B | C | D | E | F |
4mol/L H2SO 4/mL | 30 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 |
饱和CuSO4溶液 /mL | 0 | 0.5 | 2.5 | 5 | V6 | 20 |
H2O /mL | V7 | V8 | V9 | V10 | 10 | 0 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
:如图所示,在一定温度下,把2体积N2和6体积H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中,活塞的一端与大气相通,容器中发生以下反应:(正反应放热),若反应达到平衡后,测得混合气体的体积为7体积。据此回答下列问题:
(1)保持上述反应温度不变,设a、b、c分别代表初始加入的N2、H2和NH3的体积,如果反应达到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同,那么:
①若a=1,c=2,则b=_________。在此情况下,反应起始时将向_________(填“正”或“逆”)反应方向进行。
②若需规定起始时反应向逆反应方向进行,则c的取值范围是_________。
(2)在上述装置中,若需控制平衡后混合气体为6.5体积,则可采取的措施是_________,原因是_________。
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
、随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了普遍的重视。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
下图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)某温度下,若将6mol CO2和8 mol H2充入2L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化的曲线如下图实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。
①在反应进行的0~1min内,该反应的平均速率v(H2)= 。
②如果改变影响化学平衡的一个因素(如:温度、浓度、压强),反应将向着能够减弱这种改变的方向进行(如增大H2的浓度,反应向右进行以减弱外界条件增大H2的浓度的影响)直至达到新的平衡。若上述反应体系不改变反应物的物质的量,仅分别改变某一实验条件再进行两次实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示,曲线I改变的实验条件是 ,曲线Ⅱ改变的实验条件是 。
(3)下列各项中,不能够说明CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)已达到平衡的是 (单选)。
A.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化 |
B.一定条件下,CH3OH消耗的速率和CH3OH生成的速率相等 |
C.一定条件下,H2O(g)的浓度保持不变 |
D.一定条件下,单位时间内消耗1 mol CO2,同时生成1 mol CH3OH |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
(14分)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:
反应Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq) ΔH1
反应Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq) ΔH2
反应Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3
请回答下列问题:
(1)ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是:ΔH3= 。
(2) 反应Ⅲ的化学平衡常数表达式为 。
(3)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响,在某温度T1下,将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂),在t时刻,测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其他初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得CO2气体浓度,得到趋势图(见图1)。则:
①ΔH3 0(填“>”、“=”或“<”)。
②在T1~T2及T4~T5两个温度区间,容器内CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势,其原因是
。
③反应Ⅲ在温度为T1时,溶液pH随时间变化的趋势曲线如图2所示。当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到T2,并维持该温度。请在该图中画出t1时刻后溶液的pH变化总趋势曲线。
图1 图2
(4)利用反应Ⅲ捕获CO2,在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下,提高CO2吸收量的措施有
。
(5)下列物质中也可以作为CO2捕获剂的是 。
A.NH4Cl | B.Na2CO3 | C.HOCH2CH2OH | D.HOCH2CH2NH2 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
某温度下向1L密闭容器中充入1mol N2和3 mol H2,使反应N2+3H2
2NH3达平衡,平衡混合气中N2、H2、NH3的浓度分别为M、N、G(mol/L).如果温度不变,只改变初始物质的加入量,要求M、N、G保持不变,则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示时应满足的条件是:
①若x=0,y=0,则z= ;
②若x="0.75" mol,则y= ,z= ;
③x、y、z取值必须满足的一般条件是(用含x、y、z方程表示,其中一个含x、z,另一
个含y、z) 。
若将上述条件改为恒温、恒压,其它均不变,则
a.若x=0,y=0,则z= ;
b.若x="0.75" mol,则y= ,z= ;
c.x、y、z取值必须满足的一般条件是 。
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
(17分)运用化学反应原理研究碳的化合物具有重要意义。
(1)常温下可用于检测CO,反应原理为:。向2L密闭容器中加入足量,并通人1molCO,CO2的体积分数随时间的变化如下图所示。
①0~0.5min内的平均反应速率_____________。
②保持温度和体积不变,若开始加入CO(g)的物质的量是原来的2倍,则下列说法正确的是____________(填代号)。
a.生成I2的质量为原来的2倍
b.混合气体的平均摩尔质量不变
c.达到平衡的时间为原来的2倍
d.混合气体的密度不变
③反应达a点时,欲增大容器中的体积分数,可采取的措施为____________。
(2)以为催化剂,可以将的混合气体直接转化为乙酸。
①若该反应的原子利用率为100%,则______________。
②在25℃下,将pH=a的氢氧化钠溶液与pH=b的醋酸溶液等体积混合,若两溶液恰好完全反应,则________14(填“>”、“<”或“=”);该温度下醋酸的电离常数K=__________(用含a、b的式子表示)。
(3)利用反应可以处理汽车尾气,若将该反应设计为原电池,用熔融Na2O作电解质,其正极电极反应式为________________________________。
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
合理利用资源,降低碳的排放,实施低碳经济是今后经济生活主流方向。
⑴下列措施不利于有效减少二氧化碳排放的是 。
A.植树造林,保护森林,保护植被
B.加大对煤和石油的开采,并鼓励使用石油液化气
C.推广使用节能灯和节能电器,使用空调时夏季温度不宜设置过低,冬天不宜过高
D.倡导出行时多步行和骑自行车,建设现代物流信息系统,减少运输工具空驶率
⑵科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术研究,如将CO2和H2以1∶4比例混合通入反应器,适当条件下反应可获得一种能源。完成以下化学方程式:CO2+4H2 +2H2O。
⑶CO2合成生产燃料甲醇(CH3OH)是碳减排的新方向。进行如下实验:某温度下在1 L的密闭容器中,充2 mol CO2和6 mol H2,发生:CO2(g)+3H2(g )CH3OH(g)+H2O(g)能判断该反应已达化学反应限度标志的是 (填字母)。
A.CO2百分含量保持不变
B.容器中H2浓度与CO2浓度之比为3:1
C.容器中混合气体的质量保持不变
D.CO2生成速率与CH3OH生成速率相等
现测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如左下图所示。从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= mol/(L·min)。
⑷CO在催化作用下也能生成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g);已知密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H2,CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如右上图所示。
①若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态,此时在A点时容器的体积为VAL,则A、B两点时容器中,n(A)总︰n(B)总= 。
⑸以KOH为电解质的甲醇燃料电池总反应为:2CH3OH+3O2+4KOH= 2K2CO3+6H2O,通入甲醇的电极为燃料电池的负极,正极发生的电极反应式为 。
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科目:高中化学 来源: 题型:单选题
对下列图像的描述正确的是( )
A.根据图①可判断反应A2(g)+3B2(g)2AB3(g)的△H>0 |
B.图②可表示压强(P)对反应2A(g)+2B(g)3C(g)+D(s)的影响 |
C.图③可表示向醋酸溶液通人氨气时,溶液导电性随氨气量的变化 |
D.根据图④,除去CuSO4溶液中的Fe3+,可加入CuO调节pH至3~5 |
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