湿式吸收一电解再生法,是采用氧化一电解的双反应器对含硫化氢的废气进行脱硫制氢。实验表明,双反应器法可以在较宽的范围内实现对硫化氢的有效吸收,并可同时制取氢气和硫磺,该法基本流程见图l,其中氧化吸收器中为FeCl3溶液,电解反应器可实现FeCl3溶液的恢复及H2的制备。
(1)氧化反应器中发生的主要反应的离子有程式为________
(2)电解反应器中,阳极反应式是________
(3)某研究小组在实验室中模拟上述过程,研究FeCl3溶液吸收H2S气体的效率,实验时要先向FeCl3溶液中通人N2,其目的是 ________ 。对影响吸收效率的因素提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:H2S气体的通入速率;
假设二: ;
假设三: .
请你设计实验就假设一进行验证,将实验步骤及结论补充完整(注:可用pH计测量溶液中的H+浓度)
(4)将FeCl3溶液吸收H2S气体后的溶液过滤后,取少量向其中加入BaCl2溶液,发现有白色沉淀生成(注:BaS溶于盐酸)。则白色沉淀可能是_______你的判断理由是_______
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含氮化合物是化学与工业中运用广泛的物质。
(1)该小组利用电解原理设计了如右图装置进行H2还原NO的实验(高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,金属钯薄膜做电极)。铂电极B是____极,钯电极A的电极反应式为_____________。
(2)若工业废水中的NO2- 的浓度约为1.0×10-4 mol·L-1 ,取工业废水5 mL 于试管中,滴加2滴0.1 mol·L-1 的硝酸银溶液,能否看到沉淀现象?试通过计算说明。(注:1mL溶液以20滴计;Ksp(AgNO2)=2×10-8)
(3)已知键能数据,H-H 436,S=S 255,H-S 339,单位kJ/mol。请计算热化学方程式2H2(g) + S2(g) = 2H2S(g)的ΔH=___________
(4)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。
实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度(℃) | 15.0 | 20.0 | 25.0 | 30.0 | 35.0 |
平衡气体总浓度(×10-3mol/L) | 2.4 | 3.4 | 4.8 | 6.8 | 9.4 |
根据表中数据,列式计算25.0℃时的分解平衡常数:__________________________。
已知:NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O。该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率,得到c(NH2COO-)随时间变化趋势如图所示。
根据图中信息,如何说明水解反应速率随温度升
高而增大:_____________________。
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短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。请回答下列问题:
(1)W在周期表中的位置是___________,Y、Z的离子半径由大到小的顺序为___________ (用元素符号表示);由X与氢元素组成四原子化合物的电子式为__________。
(2)下列说法正确的是____________。
a.XY2和WY2都能溶于水生成对应的酸
b.Q的含氧酸的酸性比X的含氧酸的酸性强
c.X的最简单气态氢化物的稳定性大于W的最简单气态氢化物的稳定性
d.由NaOH溶液分别滴入MgQ2、ZQ3溶液中的反应现象可比较Mg和Z金属性的强弱
(3)自来水厂常用QY2对饮用水进行消毒,处理后的水中要求QY2的浓度在0.10~0.80 mg·L-1之间。碘量法可以检测水中QY2的浓度,步骤如下:
操作Ⅰ:取一定体积的水样,加入一定量的碘化钾,再用NaOH溶液调至中性,并加入淀粉溶液,溶液变蓝。
操作Ⅱ:再加入一定量的Na2S2O3溶液。(已知:2S2O+I2=S4O+2I-)
操作Ⅲ:然后再加硫酸调节水样pH至1~3。
操作时,不同pH环境中Q元素粒子种类及化合价如图所示:
①操作Ⅰ中反应的离子方程式是_________________________。
②确定操作Ⅱ完全反应的现象是_________________________。
③在操作Ⅲ过程中,溶液又呈蓝色,反应的离子方程式是______________________。
④若水样的体积为1.0 L,在操作Ⅱ中消耗了1.0×10-3mol·L-1的Na2S2O3溶液10 mL,则水样中QY2的浓度是_______________mg·L-1(精确到0.01)。
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(本题14分)
烟气中NOx是NO和NO2的混合物(不含N2O4)。
(1).根据废气排放标准,1m3烟气最高允许含400mgNOx。若NOx中NO质量分数为0.85,则lm3烟气中最高允许含NO L(标准状况,保留2位小数)。
(2).若用氨气除去废气中的氮氧化物(NOx):NOx+NH3→N2+H2O(l)。假如每升废气中含NOx 0.0672L(只含NO和NO2),向100.000L废气中通入10.000L氨气可使NOx完全转化,测得反应后气体体积变为103.952L(气体体积均折算到标准状况)。
①NOx 中的 x 值为_________(保留1位小数)。
②除去废气中的NOx,至少需氨________mol(保留2位小数)。
(3).工业上通常用溶质质量分数为0.150的Na2CO3水溶液(密度l.16g/mL)作为NOx吸收剂,该碳酸钠溶液物质的量浓度为 mol/L(保留2位小数)。
(4).已知:NO+NO2+Na2CO3 → 2NaNO2+CO2 ①
2NO2+Na2CO3 → NaNO2+NaNO3+CO2 ②
1m3含2000mgNOx的烟气用质量分数为0.150的碳酸钠溶液吸收。若吸收率为80%,吸收后的烟气 排放标准(填“符合”或“不符合”), 理由: 。
(5).加入硝酸可改变烟气中NO和NO2的比,反应为:NO+2HNO3 → 3NO2+H2O
当烟气中n(NO):n(NO2)=2:3时,吸收率最高。
lm3烟气含2000mgNOx,其中n(NO):n(NO2)=9:1。
计算:
①为了达到最高吸收率,1m3烟气需用硝酸的物质的量(保留3位小数)。
②1m3烟气达到最高吸收率90%时,吸收后生成NaNO2的质量(假设上述吸收反应中,反应①比反应②迅速。计算结果保留1位小数)。
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(16分)碳、氮、硫、氯是四种重要的非金属元素。
(1)CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的△H难以直接测量,原因是 。
已知:a.2CO(g)+ O2(g)==2CO2(g) △H =-566.0 kJ·mol-1
b.CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H =-890.0 kJ·mol-1
则CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的热化学方程式为 。
(2)工业上合成氨气的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。现将10 mol N2和26 mol H2置于容积可变的密闭容器中,N2的平衡转化率()与体系总压强(P)、温度(T)的关系如图所示。回答下列问题:
①反应达到平衡状态B时,容器的容积10 L,则T1时,合成氨反应的平衡常数K= L2·mol-1。
②平衡状态由A变到C时,对应的平衡常数K(A) K(C)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)在25℃时,HSCN、HClO、H2CO3的电离常数如下表:
HClO | HSCN | H2CO3 |
K=3.2×10-8 | K=0.13 | Kl=4.2×10-7源 K2=5.6×10-11 |
①1 mol·L-1的KSCN溶液中,所有离子的浓度由大到小的顺序为 > > > 。
②向Na2CO3溶液中加入过量HClO溶液,反应的化学方程式为 。
③25℃时,为证明HClO为弱酸,某学习小组的同学没计了以下三种实验方案。下列三种方案中,你认为能够达到实验目的的是 (填下列各项中序号)。
a.用pH计测量0.1 mol·L-1NaClO溶液的pH,若测得pH>7,可证明HClO为弱酸
b.用pH试纸测量0.01 mol·L-1HClO溶液的pH,若测得pH>2,可证明HClO为弱酸
c.用仪器测量浓度均为0.1 mol·L-1的HClO溶液和盐酸的导电性,若测得HClO溶液的导电性弱于盐酸,可证睨HClO为弱酸
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(共16分)Ⅰ.CO和H2作为重要的燃料和化工原料,有着十分广泛的应用。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1= -393.5 kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)= CO(g)+H2(g) △H2= +131.3 kJ·mol-1
则反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)△H= kJ·mol-1。
(2)利用反应CO(g) +H2(g)+O2(g) = CO2(g) +H2O(g) 设计而成的MCFS燃料电池是用水煤气(CO和H2物质的量之比为1:1)作负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质的一种新型电池。现以该燃料电池为电源,以石墨作电极电解饱和NaCl溶液,反应装置以及现象如图所示。则有:
①燃料电池即电源的N极的电极反应式为 _______________________ ;
②已知饱和食盐水的体积为1 L,一段时间后,测得左侧试管中气体体积为11.2 mL(标准状况),若电解前后溶液的体积变化忽略不计,而且电解后将溶液混合均匀,则此时溶液的pH为 。
Ⅱ.CO和NO是汽车尾气的主要污染物。消除汽车尾气的反应式之一为:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。请回答下列问题:
(3)一定温度下,在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时,反应进行到t时刻时达到平衡状态,此时n(CO)=amol、n(N0)=2amol、n(N2)=bmol,且N2占平衡混合气体总体积的1/4。
①该反应的平衡常数K= (用只含a、V的式子表示)
②判断该反应达到平衡的标志是____(填序号)
A.v(CO2)生成=v(CO)消耗
B.混合气体的平均相对分子质量不再改变
C.混合气体的密度不再改变
D.NO、CO、N2、CO2的物质的量浓度均不再变化
(4)在一定温度下,将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中,反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示,则:
①有害气体NO的转化率是 ,0~15minCO2的平均反应速率v(CO2)=____(保留小数点后三位)。
②20min时,若改变反应条件,导致CO浓度减小,则改变的条件是 。(填序号)。
A.增加CO的量 B.加入催化剂
C.减小CO2的量 D.扩大容器体积
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(17分)汽车尾气中的主要污染物是NO和CO。为减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:
(1)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=-746.5KJ/mol (条件为使用催化剂)
已知:2C (s)+O2(g)2CO(g) △H=-221.0KJ/mol
C (s)+O2(g)CO2(g) △H=-393.5KJ/mol
则N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H= kJ·mol-1。
(2)T℃下,在一容积不变的密闭容器中,通入一定量的NO和CO,用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
C(NO)10-4 mol/L | 10.0 | 4.50 | C1 | 1.50 | 1.00 | 1.00 |
C(NO)10-3 mol/L | 3.60 | 3.05 | C2 | 2.75 | 2.70 | 2.70 |
则c1合理的数值为 (填字母标号)。
A.4.20 B.4.00 C.3.50 D.2.50
(3)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。根据下表设计的实验测得混合气体中NO的浓度随时间t变化的趋势如下图所示:
则曲线Ⅰ对应的实验编号依次为 。
(4)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
H2O | CO | CO | H2 | |||
① | 650 | 2 | 4 | 2.4 | 1.6 | 5 |
② | 900 | 1 | 2 | 1.6 | 0.4 | 3 |
③ | 900 | a | b | c | d | t |
①实验组①中以v(CO2)表示的反应速率为 ,温度升高时平衡常数会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②若a=2,b=1,则c= ,达平衡时实验组②中H2O(g)和实验组③中CO的转化率的关系为
α2 (H2O) α3 (CO)(填“<”、“>”或“=”)。
(5)CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析仪的工作原理类似于燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y2O3)和氧化锆(ZrO2)晶体,能传导O2-。
①则负极的电极反应式为________________。
②以上述电池为电源,通过导线连接成图一。若X、Y为石墨,a为2L 0.1mol/L KCl溶液,写出电解总反应的离子方程式 。电解一段时间后,取25mL上述电解后的溶液,滴加0.4mol/L醋酸得到图二曲线(不考虑能量损失和气体溶于水,溶液体积变化忽略不计)。根据图二计算,上述电解过程中消耗一氧化碳的质量为__________g。
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(13分)SO2、NO是大气污染物。吸收SO2 和NO,获得Na2S2O4和NH4NO3产品的流程图如下(Ce为铈元素):
(1)装置Ⅰ中生成HSO3-的离子方程式为 。
(2)含硫各微粒(H2SO3、HSO3-和SO32-)存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中,它们的物质的量分数X(i)与溶液pH 的关系如图所示。
①下列说法正确的是 (填字母序号)。
a.pH=8时,溶液中c(HSO3-) < c(SO32-)
b.pH=7时,溶液中c(Na+) =c(HSO3-)+c(SO32-)
c.为获得尽可能纯的NaHSO3,可将溶液的pH控制在4~5左右
②向pH=5的NaHSO3溶液中滴加一定浓度的CaCl2溶液,溶液中出现浑浊,pH降为2,用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因: 。
(3)装置Ⅱ中,酸性条件下,NO被Ce4+氧化的产物主要是NO3-、NO2-,写出生成NO3-的离子方程式 。
(4)装置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+,其原理如下图所示。
①生成Ce4+的电极反应式为 。
②生成Ce4+从电解槽的 (填字母序号)口流出。
(5)已知进入装置Ⅳ的溶液中,NO2-的浓度为a g·L-1,要使1 m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3,需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2 L(用含a代数式表示,计算结果保留整数).
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(16分)减少二氧化碳的排放,氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是一项重要的热点课题。
Ⅰ.(1)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:2CO2(g) + 6H2(g)C2H4(g) + 4H2O(g)
在0.1 MPa时,按=1:3投料,图1所示不同温度(T)下,平衡时的四种气态物质的物质的量(n)的关系。
①该反应的△H__________0(填“>”、“=”或“<”)。
②曲线b表示的物质为__________。
③为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是__________。
(2)在强酸性的电解质水溶液中,惰性材料做电极,电解CO2可得到多种燃料,其原理如图2所示。
b为电源的__________极,电解时,生成乙烯的电极反应式是 。
Ⅱ.(3)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。
如反应:C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) △H=Q kJ·mol-1。
在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①Tl℃时,该反应的平衡常数K= 。
②30 min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______(答一种即可)。
Ⅲ.(4)工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO2,分别生成NaHSO3、NH4HSO3,其水溶液均呈酸性。相同条件下,同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO32-)较小的是 ,用文字和化学用语解释原因 。
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如图所示为一定量AlCl3溶液中加入NaOH溶液后,产生Al(OH)3白色沉淀的质量与NaOH的物质的量之间的关系曲线。
请回答下列问题:
(1)A点时已参加反应的AlCl3和NaOH的物质的量之比为 。
(2)AB段曲线所表示的反应的离子方程式为 。
(3)向B处生成的溶液中通入二氧化碳,可观察到的现象是 。
(4)向含有0.1mol NH4Al(SO4)2的溶液中逐滴加入5mol·L-1 NaOH溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多;一段时间后有刺激性气味的气体逸出;最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系示意图。
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