资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放,还可重新获得燃料或重要工业产品。
(1)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。
已知:①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H =-159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H =+116.49 kJ·mol-1
③H2O(l)=H2O(g)△H =+88.0 kJ·mol-1
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式______________。
(2)在一定条件下,二氧化碳转化为甲烷的反应如下:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的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-1,H2:0.8mol·L-1,CH4:0.8mol·L-1,H2O:1.6mol·L-1,起始充入CO2和H2的物质的量分别为_____、_____,CO2的平衡转化率为______。
②现有两个相同的恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器I、II,在I中充入1 molCO2,和4 molH2,在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g),300℃下开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是_________(填字母)。
A.容器I、II中正反应速率相同 B.容器I、II中CH4的物质的量分数相同 C.容器I中CO2的物质的量比容器II中的多 D.容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1
(3)华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示:
①上述生产过程的能量转化方式是_____。
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应式为___,阴极的电极反应式为______。
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焦亚硫酸钠(Na2S2O5)常用作食品漂白剂。其制备工艺流程如下:
已知:反应Ⅱ包含2NaHSO3Na2S2O5+H2O等多步反应。
(1)实验室制取氨气的化学方程式:____________________________________________。
(2)“灼烧”时发生反应的化学方程式:__________________________________________。
(3)已知Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2,其离子方程式为:________________________。
(4)副产品X的化学式是:____________;可循环利用的物质是:__________________。
(5)为了减少产品Na2S2O5中杂质含量,需控制反应Ⅱ中气体与固体的物质的量之比约为_______。
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据报道复旦大学修发贤教授课题组成功制备出砷化铌纳米带,并观测到其表面态具有百倍于金属铜薄膜和千倍于石墨烯的导电性。相关研究论文已在线发表于权威科学期刊《自然》。回答下列问题:
(1)铌元素(Nb)为一种金属元素,其基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d55s1。下列是Nb的不同微粒的核外电子排布式,其中失去最外层1个电子所需能量最小的是___(填标号)。
a.[Kr]4d35s15p1b.[Kr]4d45s1c.Kr]4d2d.Kr]4d3
(2)砷为第VA族元素,砷可以与某些有机基团形成有机化合物,如(ClCH=CH)2AsCl,其中As原子与2个C原子、1个Cl原子形成的VSEPR模型为____。
(3)英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖;而石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。
已知“石墨烯”的平面结构如图所示,一定条件下石墨烯与H2发生加成反应生成石墨烷,石墨烷中碳原子杂化类型是___,石墨烯导电的原因是____。
(4)石墨烯也可采用化学方法进行制备如采用六氯苯、六溴苯作为原料可制备石墨烯。下表给出了六氯苯、六溴苯、苯六酸俗名为蜜石酸的熔点和水溶性:
物质 | 六氯苯 | 六溴苯 | 苯六酸 |
熔点/℃ | 231 | 325 | 287 |
水溶性 | 不溶 | 不溶 | 易溶 |
六溴苯的熔点比六氯苯高的原因是____,苯六酸与六溴苯、六氯苯的水溶性存在明显的差异本质原因是___。
(5)出于以更高效率利用太阳光等目的研制出金红石型铌氧氮化物(NbON),比以往的光学半导体更能够吸收长波长侧的光,作为光学半导体的新材料。该化合物的晶胞有如图所示的两种构型,若晶胞的边长为apm,该晶体的密度为__g·cm-3。(NA是阿伏加德罗常数的值,相关原子量:Nb—93)
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铅是一种高密度、柔软的蓝灰色金属。2019年7月23日,铅被列入有害水污染物名录。请回答下列问题。
(1)Pb位于第六周期,与C元素同族。请写出它的外围电子排布式___________,对比以下三种氧化物的熔沸点、、,从小到大分别为_____________,请解释原因:____________________。
(2)铅在自然界主要以方铅矿(PbS)及白铅矿()的形式存在,也存在于铅矾()中。中心原子轨道的杂化类型___________,的空间构型____________。
(3)四乙基铅[]曾广泛用作汽油中的抗爆剂,由Pb提供空轨道,有机原子团提供孤电子对形成,该化合物中存在化学键类型有_____________
A.金属键 B.离子键 C.共价键 D.配位键
(4)第三代太阳能电池利用有机金属卤化物碘化铅甲胺()半导体作为吸光材料,具有钙钛矿()的立方结构,其晶胞如图所示:
①比较元素电负性:C_________N(填“>”或“<”),比较基态原子第一电离能:C________Pb(填“>”或“<”)
②晶胞中与金属阳离子(M)距离最近的卤素阴离子(X)形成正八面体结构,则M在晶胞中处于_____________位置,X在晶胞中处于________位置。
③晶体的晶胞边长为a nm,其晶体密度为d,则阿伏加德罗常数的值NA的计算表达式为_____________
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煤和甲烷既是重要的常用燃料,又是重要的化工原料。根据题意,回答下列问题:
I.煤制天然气过程中,存在多种化学反应,其中在煤气化装置中发生反应①:C(s) + H2O(g)=CO(g) + H2(g) ∆H = +135 kJ • mol-1 ,而在水气变换装置中发生反应②:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+ H2(g) ∆H =-41 kJ • mol-1
(1)煤气化前,需要通入一定量的氧气与碳发生燃烧反应,请利用平衡移动原理说明通入氧气的作用:_____________________
(2)写岀碳和二氧化碳反应生成一氧化碳的热化学方程式_____。
(3)如图表示发生反应①后进入反应②装置的n( H2O)/n(CO)与反应②中CO平衡转化率、温度的变化关系。
若n(H2O)/n(CO)为0.8,一定量的煤和水蒸气经反应①和反应②后,得到CO与H2的 物质的量之比为1:3,则反应②所对应的温度是_____(填“T1”、“T2”或“T3”)。
Ⅱ.甲烷重整技术主要是利用甲烷和其他原料来制备合成气(CO和h2混合气体)。现在常(见的重整技术有甲烷——二氧化碳重整、甲烷——水蒸气重整,其反应分别为CH4(g)+3CO2(g)⇌2H2O(g)+4CO(g);CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)
(4)甲烷——二氧化碳重整的催化转化原理如图所示:
①过程(二)实现了含氢物种与含碳物种的分离,写出生成H2O(g)的化学方程式:______
②假设过程(一)和过程(二)中各步反应均转化完全,则下列说法正确的是_____ (填序号)。
a.过程(一)和过程(二)中均含有氧化还原反应
b.过程(二)中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3
C.若过程(一)投料比,可导致过程(二)中催化剂失效
(5)通过计算机模拟甲烷——水蒸气重整实验测得,在操作压强为0.1Mpa、水碳比n(H2O)/n(CH4)为1.0,温度为900℃,反应达到平衡时,H2的物质的量分数为0.6。已知该反应的速率方程v=kP(CH4)·P-1(H2),式中k为速率常数,P为气体分压,气体分压=总压×气体物质的量分数,则此时该反应速率v=_____(用含k的式子表示);900℃时,该反应的压强平衡常数Kp=_____(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
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香料G的一种合成工艺如下图所示:
核磁共振氢谱显示A有两种峰,且峰面积之比为1∶1。
已知:CH3CH2CH===CH2CH3CHBrCH===CH2
CH3CHO+CH3CHOCH3CHOHCH2CHOCH3CHOHCH2CHOCH3CH===CHCHO+H2O
请回答下列问题:
(1)A的结简式为__________,G中官能团的名称为___________。
(2)检验M已完全转化为N的实验操作是____________________。
(3)有学生建议,将M→N的转化用KMnO4(H+)代替O2,老师认为不合理,原因是_______________。
(4)写出下列转化的化学方程式,并标出反应类型:
K→L:________________,反应类型:________。
(5)F是M的同系物,比M多一个碳原子。满足下列条件的F的同分异构体有________种。(不考虑立体异构)
①能发生银镜反应 ②能与溴的四氯化碳溶液加成 ③苯环上有2个对位取代基
(6)以丙烯和NBS试剂为原料制备甘油(丙三醇),请设计合成路线(其他无机原料任选)。________
请用以下方式表示:AB…目标产物
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实验室可利用SO2与Cl2在活性炭的催化下制取一种重要的有机合成试剂磺酰氯(SO2Cl2)。所用的反应装置如图所示(部分夹持装置省略)。已知SO2Cl2的熔点为-54.1℃,沸点为69.1℃,遇水能发生剧烈的水解反应,遇潮湿空气会产生白雾。
(1)化合物SO2Cl2中S元素的化合价为__。
(2)仪器D的名称是___。
(3)乙、丙装置制取原料气Cl2与SO2。
①乙装置F中充满Cl2,则E中所盛放的溶液为___(填溶液的名称)。
②丙装置中试剂X、Y的组合最好是__。
A.98%浓硫酸+Cu B.70%H2SO4+Na2SO3 C.浓HNO3+Na2SO3
(4)上述装置的正确连接顺序为__、__、丁、__、__(用甲、乙、丙表示,可重复使用)__。
(5)B装置中从a口通入冷水的作用是__;C装置的作用是__。
(6)SO2Cl2遇水能发生剧烈的水解反应,会产生白雾,则SO2Cl2发生水解反应的化学方程式为__。
(7)若反应中消耗氯气的体积为1.12L(已转化为标准状况,SO2足量),最后通过蒸馏得到纯净的磺酰氯5.13g,则磺酰氯的产率为__(保留三位有效数字)。
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2一氨-3—氯苯甲酸是白色晶体,其制备流程如下:
回答下列相关问题
(1) 的名称是___________,2-氨-3-氯苯甲酸中含N官能团的电子式为___________。
(2)反应①中R代表的是___________,反应②的反应类型为___________。
(3)如果反应③中KMnO4的还原产物为MnSO4,请写出该反应的化学方程式___________。
(4)A的结构简式为___________,⑥的反应条件为___________。
(5)符合下列条件的同分异构体的结构简式为___________。
a 式量比大42的苯的同系物;
b 与酸性KMnO4反应能生成二元羧酸
c 仅有3种等效氢
(6)事实证明上述流程的目标产物的产率很低;据此,研究人员提出将步骤⑥设计为以下三步,产率有了一定提高。
分析产率提高的原因是___________。
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碳及其化合物在有机合成、能源开发等工农业方面具有十分广泛的应用。
I.工业生产精细化工产品乙二醛(OHC-CHO)
(1)乙醇(CH3CH2OH)液相硝酸氧化法:在Cu(NO3)2催化下,用稀硝酸氧化乙醇制取乙二醛,此反应的化学方程式为_______________。该法具有原料易得、反应条件温和等优点,但也存在比较明显的缺点____________。
(2)乙二醇(HOCH2CH2OH)气相氧化法
已知:2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-484kJ/mol,化学平衡常数为K1
OHC-CHO(g)+2H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH=-78kJ/mol,化学平衡常数为K2
则乙二醇气相氧化反应HOCH2CH2OH(g)+O2(g) OHC-CHO(g)+2H2O(g)的ΔH=______;相同温度下,该反应的化学平衡常数K=______(用含K1、K2的代数式表示)。
Ⅱ.CO2的综合利用
(3)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应C(s)+CO2(g)2CO(g)。平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示,则下列说法正确的是______(填字母)。
a.反应达平衡状态时,混合气体的平均相对分子质量保持不变
b.A点的正反应速率比B点正反应速率小
C.550℃时,若充入氦气,则V正、V逆均减小,平衡不移动
d.T℃时,反应达平衡后CO2的转化率为66.7%
e. T℃时,若再充入1molCO2和1molCO,平衡不移动
(4)氨气、CO2在一定条件下可合成尿素,其反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),右图表示合成塔中氨碳比a与CO2转化率ω的关系。a为{n(NH3)/n(CO2)},b为水碳比{n(H2O)/n(CO2)}。则
①b应控制在______
a.1.5-1.6 b.1-1.1 c.0.6-0.7
②a应控制在4.0的理由是_________
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(1)在现用周期表中氧族元素包括 ______________________(填元素名称)五种元素,其中Se的基态原子的电子排布式为______________________,元素X与Se同周期,X元素原子核外未成对电子数最多,X为______________________(填元素符号)。
(2)与氧同周期的相邻元素中,第一电离能有大到小的顺序______________________。
(3)臭鼬排放的臭气主要成分为3—MBT(3—甲基—2—丁烯硫醇,结构如图)。1mol3—MBT中含有σ键数目为____________(NA为阿佛加德罗常数的值)。沸点:3—MBT____________(CH3)2C==CHCH2OH(填“>”“<”或“=”),主要原因是________________________。
(4)S有+4和+6两种价态的氧化物。
①下列关于气态SO3和SO2的说法正确的是__________(填序号)。
A.中心原子的价层电子对数不相等
B.都是极性分子
C.中心原子的核对电子数目不相等
D.都含有极性键
②SO3分子的空间构型为__________,与其互为等电子体的阴离子为__________(举一例)。
(5)单质Po是有__________键形成的晶体;若已知Po的摩尔质量为Mg·mol-1,原子半径为rpm,阿伏加德罗常数的值为NA,则钋晶体的密度的表达式为____________________g·cm-3。
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