科学家积极探索新技术对CO2进行综合利用。
Ⅰ.CO2可用FeO 吸收获得H2。
i. 6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) △Hl =-76.0 kJ·mol-1
ⅱ. C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H2 = +113.4 kJ·mol-1
(1)3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g) △H3 =_________ kJ·mol-1。
(2)在反应i中,每放出38.0 kJ热量,有______g FeO被氧化。
Ⅱ.CO2可用来生产燃料甲醇。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1。在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
(3)从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=________ mol·(L·min) -1。
(4)氢气的转化率=________________________。
(5)该反应的平衡常数为__________________________ (保留小数点后2位)。
(6)下列措施中能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_____________________。
A.升高温度 B.充入He(g),使体系压强增大
C.再充入1 mol H2 D.将H2O(g)从体系中分离出去
(7)当反应达到平衡时,H2的物质的量浓度为c1,然后向容器中再加入一定量H2,待反应再一次达到平衡后,H2的物质的量浓度为c2,则c1________c2的关系(填“>”、“<”或“=”)。
III.CO2可用碱溶液吸收获得相应的原料。
利用100 mL 3 mol·L—1NaOH溶液吸收4.48 LCO2(标准状况),得到吸收液。
(8)将该吸收液蒸干,灼烧至恒重,所得固体的成分是_________(填化学式)。
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氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
(1) 以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
① 2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH=-159.47 kJ·mol−1
② NH2CO2NH4(s)=CO (NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=a kJ·mol−1
③ 2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=-86.98 kJ·mol−1
则a为____。
(2) 尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:NO+NO2+H2O=2HNO2;2HNO2+CO(NH2)2=2N2↑+CO2↑+3H2O。
① 当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)=____(空气中氧气的体积含量大约为20%)。
② 如图表示尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为____%。
(3)用稀硝酸吸收NOx,得到HNO3和HNO2(弱酸)的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式:____。
(4)利用脱氮菌可净化低浓度NO废气。当废气在塔内停留时间均为90s的情况下,测得不同条件下NO的脱氮率如图所示。
① 由图知,当废气中的NO含量增加时,宜选用____法提高脱氮的效率。
② 图Ⅱ中,循环吸收液加入Fe2+、Mn2+,提高了脱氮的效率,其可能原因为____。
(5)研究表明:NaClO/H2O2酸性复合吸收剂可同时有效脱硫、脱硝。图所示为复合吸收剂组成一定时,温度对脱硫脱硝的影响。温度高于60℃后,NO去除率下降的原因为____。
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CO、CO2是火力发电厂释放出的主要尾气,为减少对环境造成的影响,发电厂试图采用以下方法将其资源化利用,重新获得燃料或重要工业产品。
(1)CO与Cl2在催化剂的作用下合成光气(COCl2)。某温度下,向2L的密闭容器中投入一定量的CO和Cl2,在催化剂的作用下发生反应:CO(g) +Cl2(g) COCl2(g) ΔH = a kJ/mol反应过程中测定的部分数据如下表:
①反应0~2min末的平均速率v(COCl2)=__________mol/(L·min)。
②在2min~4min间,v(Cl2)正______v(Cl2)逆 (填“>”、“=”或“<”), 该温度下K =______。
③已知X、L可分别代表温度或压强,下图表示L一定时,CO的 转化率随X的变化关系。
X代表的物理量是__________;a_________0 (填“>”,“=”,“<”)。
(2)在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体:2CO(g)+2NO(g)2CO2 (g)+N2 (g) ΔH=-748 kJ·mol-1
①一定条件下,单位时间内不同温度下测定的氮氧化物转化率如图1所示。温度高于710K时,随温度的升高氮氧化物转化率降低的原因可能是____________________。
②已知:测定空气中NO和CO含量常用的方法有两种,方法1:电化学气敏传感器法。其中CO传感器的工作原理如图2所示,则工作电极的反应式为______________________;方法2:氧化还原滴定法。用H2O2溶液吸收尾气,将氮氧化物转化为强酸,用酸碱中和滴定法测定强酸浓度。写出NO与H2O2溶液反应的离子方程式_______________。
(3)用CO和H2可以制备甲醇,反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极)若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8mol,当有0.5mol甲醇参与反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是_______________。
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2015年8月12日天津港特大爆炸事故,再一次引发了人们对环境问题的关注。据查危化仓库中存有大量的钠、钾、白磷(P4)、硝酸铵和氰化钠(NaCN)。
(1)白磷有毒能和氯酸溶液发生氧化还原反应:3P4+10HClO3+18H2O=10HCl+12H3PO4,该反应的氧化产物是 ,若有1 mol P4参加反应转移电子为 mol。
(2)氰化钠(NaCN)是一种化工原料,用于基本化学合成、电镀、冶金和有机合成医药、农药及金属处理等方面。
①已知:25℃时,HCN的电离平衡常数Ka=6.2×10-10,H2CO3在25℃时的电离平衡常数是Ka1= 4.5×10-7、Ka2= 4.7×10-11,则向NaCN溶液通入少量CO2反应方程式是: 。
②常温下,氰化钠能与过氧化氢溶液反应,生成碳酸氢钠和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体,大大降低其毒性。该反应的化学方程式是: 。
③电解法可以处理空气中的氮氧化物,用如右图示电解池,将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去,两电极间是固体氧化物电解质,在一定条件下可自由传导O2-,电解池阴极反应为 。
(3)①传统工业上利用氨气可以合成尿素。主要反应如下:
2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) △H= -159.47 kJ·mol-1
NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=" +72.49" kJ·mol-1
反应2NH3(g)+ CO2(g)= CO(NH2)2(s)+H2O(g)的△H= kJ·mol-1
②工业上用氨气制备硝酸,将一定质量的铜粉加入到100mL某浓度的稀硝酸中充分反应后,容器中剩余m1g铜粉,此时共收集到NO气体448mL(标准状况)。然后向上述混合物中加入稀硫酸至不再产生NO为止,容器剩余铜粉m2g,则m1-m2为 。
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电解原理在工业生产中有广泛的应用。
(1)请写出电解熔融氯化钠的反应方程式______________________________。如图为离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图,下列说法正确的是________。
A.直流电源的左侧为负极
B.从E口逸出的气体是H2
C.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
D.从C口出来的溶液为NaOH溶液
E.每生成22.4 L Cl2,便产生2 mol NaOH
F.粗盐水中含Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等离子,精制时先加Na2CO3溶液
G.该离子交换膜为阳离子交换膜
(2)双氧水是一种重要的绿色试剂,工业上可采取电解较稀浓度的硫酸来制取双氧水(H2O2只为还原产物),其电解的化学方程式为3H2O+3O2O3+3H2O2。则阳极的电极反应式为__________________________,阴极的电极反应式____________________。
(3)高铁酸钾(K2FeO4)易溶于水,具有强氧化性,是一种新型水处理剂。工业上用如下方法制备高铁酸钾:以Fe2O3为阳极电解KOH溶液,电解制高铁酸钾时阳极的电极反应式为______________________________。高铁酸钾长期放置会产生红色絮状物及气泡,则该过程的离子方程式_______________________。
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工业上制备硫酸最重要的一步是SO2的氧化。反应方程式如下: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196kJ/mol
回答下列问题:
(1)该反应在________下能自发进行(选填“较高温度”“较低温度”)。
(2)某课外兴趣小组在实验室对该反应进行研究,部分数据如下表。
实验 | 反应条件 | 起始物质的量 | 平衡后性质 | ||||||
催化剂 | 温度(K) | 容积(L) | SO2 | O2 | SO3 | SO2体积分数 | 吸收或放出热量(KJ) | SO2或SO3转化率 | |
① | V2O5 | 770 | 10 | 0.2 | 0.1 | 0 | a1 | Q1 | α1 |
② | V2O5 | 770 | 10 | 0 | 0 | 0.2 | a2 | Q2 | α2 |
③ | V2O5 | 绝热 | 10 | 0 | 0 | 0.2 | a3 | Q3 | α3 |
比较下列数值大小(选填“>”“=”“<”“无法确定”)。
①a1________a2
②Q1+Q2________19.6
③α1+α3 ______ 1
(3) 某同学通过实验绘出如下图像。
t1、t2、t3达到化学平衡状态的是____________
(4)若α1=0.9,计算770K时,正反应的平衡常数为___________。
(5)工业上将SO2转化为SO3时。为了提高反应速率,并有利于SO3的吸收,需要对原料混合气体预热,同时对SO3气体降温。通常采用如图所示的热交换器(中间为空心管道)。下列说法正确的是____________
a.使用热交换器可以充分利用能源
b.A、B、C三处气体的组成相同
c.A、B、C、D四处的气体中均含有SO2
d.预热原料混合气主要是为了提高SO2的平衡转化率
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铬、钼、钨都是ⅥB族元素,且原子序数依次增大,它们的单质和化合物在生活、生产中有广泛应用。
铬元素的最高化合价为________;基态钼原子的核外电子排布类似于基态铬原子,其原子核外有________个未成对电子。
钼可作有机合成的催化剂。例如,苯甲醛被还原成环己基甲醇。
环己基甲醇分子中采取杂化的原子是________写元素符号。
环己基甲醇的沸点高于苯甲醛,其原因是________。
铬离子能形成多种配合物,例如。
已知配合物的中心粒子的配位数指配位原子总数。上述配合物中,的配位数为________。
上述配合物中的非金属元素按电负性由小到大的顺序排列为________。
铬的一种氧化物的晶胞结构如图所示。
该氧化物的化学式为________。
已知晶胞底面的边长为acm,晶胞的高为bcm,代表阿伏加德罗常数的值,该铬的氧化物的摩尔质量为。该晶体的密度为________用含a、b、和M的代数式表示。
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合理应用和处理氮的化合物,在生产生活中有重要意义。
(1)尿素[CO(NH2)2(s)]是一种高效化肥,也是一种化工原料。
①以尿素为原料在一定条件下发生反应:CO(NH2)2(s)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g) △H=+133.6kJ/mol。该反应的化学平衡常数的表达式K=_______________。关于该反应的下列说法正确的是______ (填序号)。
a.从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
b.在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大
c.降低温度使尿素的转化率增大
②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气,结合①中信息,尿素还原NO(g)的热化学方程式是______。
③密闭容器中以等物质的量的NH3和CO2为原料,在120℃、催化剂作用下反应生成尿素:CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),混合气体中NH3的物质的量百分含量[ϕ(NH3)]随时间变化关系如图所示,则a点的正反应速率v正(CO2) ______b点的逆反应速率v逆(CO2) (填“>”、“=”或“<”);氨气的平衡转化率是______。
(2)NO2会污染环境,可用Na2CO3溶液吸收)NO2并生成CO2。已知9.2g NO2和Na2CO3溶液完全反应时转移电子0.1 mol,此反应的离子方程式是____________________________________;恰好反应后,使溶液中的CO2完全逸出,所得溶液呈弱碱性,则溶液中离子浓度大小关系是c(Na+)>____________________。
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在1.0L密闭容器中放入0.10 molA(g),在一定温度进行如下反应:A(g) B(g)+C(g)△H=+85.1kJ⋅mol-1,反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 | 25 | 30 |
总压强p/100kPa | 4.91 | 5.58 | 6.32 | 7.31 | 8.54 | 9.50 | 9.52 | 9.53 | 9.53 |
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为 ______ 。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为 ______,平衡时A的转化率为 ______。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总= ______ mol,n(A)= ______ mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算:α= ______。
反应时间t/h | 0 | 4 | 8 | 16 |
c(A)/(mol⋅L-1)) | 0.10 | a | 0.026 | 0.0065 |
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(△t)的规律,得出的结论是 ______,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为 ______ mol·L-1。
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有浓度为0.1mol·L-1的盐酸、硫酸、醋酸三种溶液,试回答:
(1)三种溶液中c(H+)依次为a mol·L-1、b mol·L-1、cmol·L-1,大小顺序为 ______。
(2)等体积的以上三种酸分别与过量的NaOH 溶液反应,生成的盐的物质的量依次为n1mol、n2mol、n3mol,它们的大小关系为 ______。
(3)中和等量NaOH溶液都生成正盐时,分别需上述三种酸的体积依次是V1L、V2L、V3 L,其大小关系为 ______。
(4)与等量锌反应时产生氢气的速率分别为v1、v2、v3,其大小关系为 ______。
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