(15分)、碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。
(1)在一恒温、恒容密闭容器中发生反应:Ni (s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),ΔH<0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是 (填字母编号)。
A.增加Ni的量可提高CO的转化率,Ni的转化率降低
B.缩小容器容积,平衡右移,ΔH减小
C.反应达到平衡后,充入CO再次达到平衡时, CO的体积分数降低
D.当4v正[Ni(CO)4]= v正(CO)时或容器中混合气体密度不变时,都可说明反应已达化学平衡状态
(2)CO与镍反应会造成含镍催化剂的中毒。为防止镍催化剂中毒,工业上常用SO2将CO氧化,二氧化硫转化为单质硫。
已知:CO (g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1
S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH=-Q2 kJ·mol-1
则SO2(g)+2CO (g)=S(s)+2CO2(g) ΔH= 。
(3)对于反应:2NO(g)+O22NO2(g),向某容器中充入10mol的NO和10mol的O2,在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下随温度变化的曲线(如图)。
①比较P1、P2的大小关系:________________。
②700℃时,在压强为P2时,假设容器为1L,则在该条件平衡常数的数值为______(最简分数形式)
(4)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,其电极反应式为 。若该燃料电池使用一段时间后,共收集到20mol Y,则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为 L。
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短周期主族元素A,B,C,D,E,F的原子序数依次增大,它们的原子核外电子层数之和为13。B的化合物种类繁多,数目庞大;C,D是空气中含量最多的两种元素,D,E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物;F为同周期半径最小的元素。试回答以下问题:
(一)(1)D在周期表中的位置是 ,写出实验室制备单质F的离子方程式 。
(2)化学组成为BDF2的电子式为: ,A、C、F三种元素形成的化合物CA4F为 化合物(填 “离子”或“共价”)。
(3)化合物甲、乙由A,B,D,E中的三种或四种组成,且甲、乙的水溶液均呈碱性。则甲、乙反应的离子方程式为: 。
(4)由C,D,E,F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是 (用元素离子符号表示)。
(5)元素B和F的非金属性强弱,B的非金属性 于F(填“强”或“弱”),并用化学方程式证明上述结论 。
(二)以CA3代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点。
(1)CA3燃料电池使用的电解质溶液是2mol•L﹣1的KOH溶液,电池反应为:4 CA3+3O2=2C2+6H2O.该电池负极的电极反应式为 ;每消耗3.4g CA3转移的电子数目为 。
(2)用CA3燃料电池电解CuSO4溶液,如图所示,A、B均为铂电极,通电一段时间后,在A电极上有红色固体析出,则B电极上发生的电极反应式为 ;此时向所得溶液中加入8gCuO固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度,则电解过程中收集到的气体在标准状况下体积为 L。
(3)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。
图1 图2
0~t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是 ,溶液中的H+向 极移动(填“正”或“负”),t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是 。
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(14分)甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有:
(1)用CH4和02直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为 。
(2)某温度下,向4 L恒容密闭容器中通人6 mol C02和6mol CH4,发生反应(i),平衡体系中各组分的体积分数均为,则此温度下该反应的平衡常数K= ,CH4的转化率为 。
(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为:
,科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:
①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是 (填“3.5× 106 Pa” “4.O×106 Pa”或“5.0× 106 Pa”)。
②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是 。
(4)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示:
①通入a气体的电极是电池的 (填“正”或“负”)极,其电极反应式为 .
②常温下,用此电池以惰性电极电解O.5 L饱和食盐水(足量),若两极共生成气体1.12 L(已折算为标准状况下的体积),则电解后溶液的pH为 (忽略溶液的体积变化)。
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I.2015年国产C919大型客机正式下线,标志着我国成为世界上少数几个具有自行研制大型飞机的国家之一,标志着我国航空工业进入了新的发展阶段。
(1)飞机的外壳通常采用镁-铝合金材料,铝的价电子排布图为_______,第一电离能:镁___(填“大于”或“小于”)铝。
(2)现代飞机为了减轻质量而不减轻外壳承压能力,通常采用复合材料--玻璃纤维增强塑料,其成分之一为环氧树脂,常见的E51 型环氧树脂中部分结构如下图所示:其中碳原子的杂化方式为________,对应个数比为_________
II.大型飞机的发动机被誉为航空工业皇冠上的“宝石”。制造过程中通常采用碳化钨做关键部位的材料
(3)钨元素位于周期表的第六周期第VIB族,请写出其外围电子排布式___________
(4)下图为碳化钨晶体的一部分结构,碳原子嵌入金属钨的晶格的间隙,并不破坏原有金属的晶格,形成填隙+固溶体,也称为填隙化合物。在此结构中,其中钨原子有_______个,1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有______个,下列金属元素的堆积方式与碳化钨晶胞中碳原子和钨原子所处位置类似的是______
A. Fe Cu B.Ti Au
C.Mg Zn D.Cu Ag
(5)假设该部分晶体的体积为Vcm3,碳化钨的摩尔质量为M g/mol,密度为b g/cm3,则阿伏加德罗常数NA用上述数据可以表示为___________________
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【化学——选修2:化学与技术】苯酚和丙酮都是重要的化工原料,工业上可用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮,其反应和工艺流程示意图如下:
相关化合物的物理常数
物质 | 相对分子质量 | 密度(g/cm-3) | 沸点/℃ |
异丙苯 | 120 | 0.8640 | 153 |
丙酮 | 58 | 0.7898 | 56.5 |
苯酚 | 94 | 1.0722 | 182 |
回答下列问题:
(1)在反应器A中通入的X是 。
(2)反应①和②分别在装置 和 中进行(填装置符号)。
(3)在分解釜C中加入的Y为少置浓硫酸,其作用是______,优点是用量少,缺点是_______________。
(4)反应②为 (填“放热”或“吸热”)反应。反应温度控制在50-60℃,温度过高的安全隐患是 。
(5)中和釜D中加入的Z最适宜的是 (填编号。已知苯酚是一种弱酸)。
a. NaOH b. CaCO c. NaHCO d. CaO
(6)蒸馏塔F中的馏出物T和P分别为 和 ,判断的依据是 。
(7)用该方法合成苯酚和丙酮的优点是 。
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(14分)酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉,MnO2,ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据下表所示:
溶解度/(g/100g水)
化合物 | Zn(OH)2 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 |
Ksp近似值 | 10-17 | 10-17 | 10-39 |
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论上消耗Zn g。(已经F=96500C/mol)
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过____分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、______和 ,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法是 ,其原理是 。
(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需去除少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和H2O2溶解,铁变为_____,加碱调节至pH为 时,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1×10-5mol/L时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱调节至pH为_____时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol/L)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。
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苯硫酚(PhSH)是一种用途广泛的有机合成中间体。工业上用常用氯苯(PhCl)和硫化氢(H2S)在高温下反应来制备苯硫酚,但会有副产物苯(PhH)生成。
I: PhCl(g)+H2S(g) PhSH(g)+HCl(g) △H1=—16.8kJ·mol-1
II: PhCl(g)+H2S(g) ==PhH(g)+ HCl(g)+S8(g) △H2
回答下列问题:
(1)反应I为可逆反应,写出平衡常数的表达式K=_______________________,
反应II为不可逆反应,△H2=___________0。(填写“>”,“<”,“=”)
(2)上述两个反应的能量变化如图一所示,则在某温度时反应速度v(I)__________v(II)(填写“>”,“<”,“=”)
(3)现将一定量的氯苯和硫化氢置于一固定容积的容器中模拟工业生产过程,在不同温度下均反应20分钟测定生成物的浓度,得到图二和图三。
①请解释图二中两条曲线的变化_______________________。
②若要提高主产物苯硫酚的产量,可采取的措施是______________________。
(4)请根据图二、图三,画出恒温恒容条件下反应主产物苯硫酚的物质的量随时间变化的曲线图。
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碳是地球上组成生命的最基本元素之一,可以sp3 、sp2和sp杂化轨道成共价键,具有很强的结合能力,与其它元素结合成不计其数的无机物和有机化合物,构成了丰富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:
(1)基态碳原子核外有__________种空间运动状态的电子,其价电子排布图为 。
(2)光气的分子式为COCl2,又称碳酰氯,是一种重要的含碳化合物,判断其分子立体构型为 ,其碳原子杂化轨道类型为 杂化。
(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解,实验证明碳酸盐的阳离子不同,分解温度不同,如下表所示:
试解释为什么随着阳离子半径的增大,碳酸盐的分解温度逐步升高?
(4)碳的一种同素异形体——C60,又名足球烯,是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式:C8H8,结构是立方体:)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子,而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体,该晶体的晶胞结构如下图所示,立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中。则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为
(5)碳的另一种同素异形体——石墨,其晶体结构如上图所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为 个。已知石墨的密度为ρg.cm-3 ,C-C键长为rcm,阿伏伽德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距为 cm。
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汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一,尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应,可以为更好的治理汽车尾气提供技术支持。请回答下列问题:
(1)治理尾气中NO和CO的一种方法是:在汽车排气管上装一个催化转化装置,使二者发生反应转化成无毒无污染气体,该反应的化学方程式是 。
(2)活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO。在1L恒容密闭容器中加入0.1000 molNO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表:
根据上表数据,写出容器中发生反应的化学方程式 并判断p 3.93MPa(用“>”、“<"或“=”填空)。计算反应体系在200℃时的平衡常数Kp (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。
(3)汽车尾气中的S02可用石灰水来吸收,生成亚硫酸钙浊液。常温下,测得某纯CaS03与水形成的浊液pH为9,已知Kal(H2S03)=1.8×10-2 ,Ka2(H2S03)=6.0 ×10-9,忽略SO32-的第二步水解,则Ksp(CaS03)= 。
(4)尾气中的碳氢化合物含有甲烷,其在排气管的催化转化器中可发生如下反应CH4(g)+H20(1)=CO(g)+3H2 (g) △H=+250.1 kJ/mol。已知CO(g)、H2 (g)的燃烧热依次为283.0kJ/mol、285.8 kJ/mol,请写出表示甲烷燃烧热的热化学方程式 。以CH4 (g)为燃料可以设计甲烷燃料电池,该电池以稀H2 S04作电解质溶液,其负极电极反应式为 ,已知该电池的能量转换效率为86. 4%,则该电池的比能量为 kW.h.kg-1(结果保留1位小数,比能量=,lkW·h= 3. 6×1 06J) 。
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H2O2是一种常用绿色氧化剂,在化学研究中应用广泛。
(1)空气阴极法电解制备H2O2的装置如下图所示,主要原理是在碱性电解质溶液中,通过利用空气中氧气在阴极还原得到H2O2和稀碱的混合物。试回答:
①直流电源的a极名称是 。
②阴极电极反应式为 。
③1979年,科学家们用CO、O2和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H2O2。相对于电解法,该方法具有的优点是安全、 。
(2)Fe3+对H2O2的分解具有催化作用。利用图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的 (填“深”或“浅”),其原因是 。
(3)用H2O2 和H2SO4 的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。反应的离子方程式是 ,控制其它条件相同,印刷电路板的金属粉末用10%H2O2 和3.0mol·L-1H2SO4溶液处理,测得不同温度下铜的平均溶解速率(见下表)
温度(℃) | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
Cu的平均溶解速率 (×10-3mol·min-1) | 7.34 | 8.01 | 9.25 | 7.98 | 7.24 | 6.73 | 5.76 |
当温度高于40℃时,铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降,其主要原因是 。
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