(15分)二氧化碳的过度排放会引发气候问题,而进行有效利用则会造福人类,如以CO2和 NH3 为原料合成尿素。经研究发现该反应过程为:
① CO2(g) + 2NH3(g) NH2COONH4(s) △H1
② NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s) + H2O(g) △H2>0
请回答下列问题:
(1)研究反应①的平衡常数(K)与温度(T)的关系,如图1所示,则△H1____0。(选填“>”、“<”或“=”)。
(2)有体积可变(活塞与容器之间的摩擦力忽略不计)的密闭容器如图2所示,现将3molNH3和2molCO2放入容器中,移动活塞至体积V为3L,用铆钉固定在A、B点,发生合成尿素的总反应如下:
CO2(g) + 2NH3(g) CO(NH2)2(s) + H2O(g)
测定不同条件、不同时间段内的CO2的转化率,得到如下数据:
CO2的转化率T(℃) | 10min | 20min | 30min | 40min |
T1 | 30% | 65% | 75% | 75% |
T2 | 45% | 50% | a1 | a2 |
①T1℃下,l0min内NH3的平均反应速率为__________。
②根据上表数据,请比较T1_________T2(选填“>”、“<”或“=”);T2℃下,第30min 时,a1=________,该温度下的化学平衡常数为_________。
③T2℃下,第40min时,拔去铆钉(容器密封性良好)后,活塞没有发生移动,再向容器中通人3molCO2,此时v(正)_____ v (逆)(选填“>”、“<”或“=”),判断的理由是______。
(3)请在下图中补画出合成氨总反应2NH3(g) + CO2(g)CO(NH2)2(s) + H2O(g)过程中能量变化图,并标明中间产物〔NH2COONH4(s)〕、 生成物CO(NH2)2(s) + H2O(g)〕。
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(18分)
Ⅰ.浓硝酸与浓盐酸混合过程中会产生少量的气体单质X、化合物M和无色液体,化合物M中所有原子均达到8电子的稳定结构。2molM加热分解生成lmol X和2mol无色气体Y,Y遇到空气呈现红棕色。
(1)镁与气体X反应产物的电子式为 ________。
(2)浓硝酸和浓盐酸反应的化学方程式为 ________。
(3)化合物M水解生成两种酸,为非氧化还原反应,该反应的化学方程式为________。
Ⅱ.石油铁储罐久置未清洗易引发火灾,经分析研究,事故由罐体内壁附着的氧化物甲与溶于石油中的气态氢化物乙按1:3反应生成的黑色物质丙自燃引起。某研究小组将一定量的丙粉末投人足量的浓盐酸中发生反应,得到4.8g淡黄色沉淀和气体乙,乙在标准状况下的密度为1.5179g/L,过滤后向滤液(假设乙全部逸出)中加人足量的NaOH溶液, 先出现白色沉淀,最终转变为红褐色沉淀,过滤、洗涤、灼烧后的固体质量为24g,已知气体乙可溶于水。请回答下列问题:
(1)甲的化学式为________。
(2)写出丙中非金属元素的离子结构示意图________。
(3)丙在盐酸中反应的化学方程式:________。(离子方程式表示)
(4)请设计合理的实验方案验证不同温度对丙与盐酸反应速率的影响
(5)为消除火灾隐患,下列措施可行的是 ________。
A.石油入罐前脱硫
B.定期用酸清洗罐体
C.罐体内壁涂刷油漆
D.罐体中充入氮气
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已知物质A是芳香族化合物,A分子中苯环上有2个取代基,均不含支链且A的核磁共振
氢谱有6个吸收峰,峰面积比为1:1:1:1:2:2,能够与FeCl3溶液发生显色反应。D分子中除含2个苯环外还含有1个六元环。它们的转化关系如下:
请回答下列问题:
(1)A中所含官能团的名称为________。
(2)反应①~③属于加成反应的________有(填序号)。
(3)B的结构简式,D的结构简式________。
(4)A→E的化学方程式为________。
(5)符合下列条件的A的同分异构体有________种。
①芳香族化合物,苯环上的取代基不超过3个;
②能与FeCl3溶液发生显色反应且不能水解;
③lmol该物质可与4mol﹝Ag(NH3)2﹞+发生银镜反应;
④lmol该物质可与5molH2加成。
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2013年初,全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”,造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。
汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g) 2CO2+N2。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如下图所示。据此判断:
(1)该反应为________反应(填“放热”或“吸热”):在T2温度下,0~2s内的平均反应速率:v(N2)=________;(2)当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在答题卡上画出 c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(3)某科研机构,在t1℃下,体积恒定的密闭容器中,用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度(具体数据见下表,CO2和N2的起始浓度为0)。
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
c(NO)/xl0-4 mol L-1 | 10.0 | 4.50 | 2.50 | 1.50 | 1.00 | 1.00 |
c(CO)/xl0-3 mol L-1 | 3.60 | 3.05 | 2.85 | 2.75 | 2.70 | 2.70 |
t1℃时该反应的平衡常数K=________,平衡时NO的体积分数为________。
(4)若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填代号)。(下图中v正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量)
(5)煤燃烧产生的烟气也含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知:CH4(g)+2NO2(g) = N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H=-867.0 kJ • mol-1
2NO2 (g) N2O4 (g) △H=-56.9 kJ • mol-1
H2O(g) = H2O(l) △H=-44.0 kJ • mol-1
写出CH4催化还原N2O4 (g)生成N2 (g)、CO2 (g)和H2O(l)的热化学方程式________。
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下表为元素周期表的一部分,请参照元素①-⑧在表中的位置,用化学用语回答下列问题:
族 周期 | IA | 0 | ||||||
1 | ① | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA | |
2 | ② | ③ | ④ | |||||
3 | ⑤ | ⑥ | ⑦ | ⑧ |
(1)④、⑤、⑥的离子半径由大到小的顺序为【用离子符号表示】________。
(2)②、⑧、⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是【用化学式表示】________。
(3)①、④、⑤、⑧中的某些元素可形成既含离子键又含极性共价键的化合物,写出其中一种化合物的电子式:________。
(4)由表中元素形成的常见物质X、Y、Z、M、N可发生以下反应:
X溶液与Y溶液反应的离子方程式为,N→⑥的单质的化学方程式为 ________。
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钛是继铁、铝后的第三金属,二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等,二氧化钛还可作为制备钛单质的原料。
Ⅰ.用钛铁矿制取二氧化钛,(钛铁矿主要成分为FeTiO3,其中Ti元素化合价为+4价,含有Fe2O3杂质。)主要流程如下:
(1)Fe2O3与H2SO4反应的离子方程式_________________。
(2)加Fe的作用是______________________。
Ⅱ.由金红石(含TiO2大于96%)为原料生产钛的流程如下:
(3)反应②的方程式是 ,该反应需要在Ar气氛中进行的原因是 。
Ⅲ.科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发,找出了冶炼钛的新工艺。
(4)TiO2直接电解法生产钛是一种较先进的方法,电解质为熔融的氧化钙,原理如右图所示 该方法阴极获得钛的电极反应为 。
(5)阳极产生的CO2经常用氢氧化钠溶液来吸收,现有0.4mol CO2用200ml 3mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,溶液中的离子浓度由大到小的顺序为 。
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芳香烃A是一种重要的存机化工原料,相对分子质量为92。A在一定条件下可发生如下转化(部分产物及反应条件略去)。
已知:
请回答:
(1)A的化学名称为_______G的结构简式为______。
(2)B的核磁共振氢谱有______个吸收峰,③的反应类型为______。
(3)⑤的化学方程式为,
阿司匹林与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式为________。
(4)符合下列条件的E的同分异构体共有________种,任写出其中一种的结构简式________。
i.能发生银镜反应但不能水解
ii.1 mol同分异构体最多消粍2 mol NaOH
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砷(As)在地壳中含量不大,但砷的化合物却是丰富多彩。
(1)砷的基态原子的电子排布式为________。
(2)目前市售的发光二极管,其材质以砷化镓(GaAs)为主。Ga和As相比,电负性较大的是________,GaAs中Ga的化合价为________。
(3)AsH3是无色稍有大蒜气味的气体,在AsH3中As原子的杂化轨道类型为________;
AsH3的沸点高于PH3,其主要原因为________。
(4)Na3AsO4可作杀虫剂。AsO43-的立体构型为________,与其互为等电子体的分子的化学式为________(任写一种)。
(5)H3AsO4和H3AsO3是砷的两种含氧酸,请根据结构与性质的关系,解释H3AsO4比H3AsO3 酸性强的原因。
(6)磷与砷同主族,磷的一种单质白磷(P4)属于分子晶体,其晶胞如图。已知最近的两个白磷分子间距离为 a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为______g/cm3(只要求列算式,不必计算)。
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硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造蓄电池、白色颜料等。利用锌冶炼过程中的铅浮渣生产PbSO4的流程如下:
已知铅浮渣的主要成分是PbO、Pb,还含有少量Ag、Zn、CaO和其他不溶于硝酸的杂质。25℃时,Ksp(CaSO4)=4.9x10-5,Ksp(PbSO4)=1.6xl0-8。
(1)已知步骤I有NO气体产生,浸出液中含量最多的阳离子是Pb2+。分别写出PbO、Pb参加反应的化学方程式________。
(2)步骤I需控制硝酸的用量并使Pb稍有剩佘,目的是________。
(3)母液可循环利用于步骤I,其溶质主要是________(填一种物质化学式),若母液中残留的SO42-过多,循环利用时可能出现的问题是________。
(4)产品PbSO4还需用Pb(NO3)2溶液多次洗涤,目的是除去________。
(5)铅蓄电池的电解液是硫酸,充电后两个电极上沉积的PbSO4分别转化为PbO2和Pb,充电时阴极的电极反应式为________。
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最近几年我国已加大对氮氧化物排放的控制力度。消除氮氧化物污染有多种方法。
(l)用CH4还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO (g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol-1
③H2O(g)= H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1
CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式为________。
(2)用活性炭还原法也可处理氮氧化物。有关反应为:2C(s)+2NO2(g)=N2(g)+2CO2(g) △H<0,起始时向密闭容器中充入一定量的C(s)和NO2(g),在不同条件下,测得各物质的浓度变化状况如下图所示。
①0〜10min内,以CO2表示的平均反应速率v(CO2)=________。
②0~10min,10〜20 min,30〜40 min三个阶段NO2的转化率分别为α1、α2、α3,其中最小的为________,其值是________。
③计算反应达到第一次平衡时的平衡常数K=________。
④第10min时,若只改变了影响反应的一个条件,则改变的条件为________(填选项字母)。
A.增加C(s)的量 B.减小容器体积 C.加入催化剂
⑤20~30min、40〜50 min时体系的温度分别为T1和T2,则T1_____T2(填“> “<”或“=”), 判断的理由是________。
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