(15分)CO和H2的混合气体俗称合成气,是一种重要的工业原料气,工业上利用天然气(主要成分为CH4)与水进行高温重整制备合成气。
(1)已知:CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol和-283.0kJ/mol,且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。用1 m3(标准状况)的甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气所需的热量为 (保留整数)。
(2)在一定温度下,向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4和0.60mol H2O(g),测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示:
物质浓度 时间/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
CH4 | 0.2mol·L-1 | 0.13 mol·L-1 | 0.1 mol·L-1 | 0.1 mol·L-1 | 0.09 mol·L-1 |
H2 | 0 mol·L-1 | 0.2 mol·L-1 | 0.3 mol·L-1 | 0.3 mol·L-1 | 0.33 mol·L-1 |
①计算该反应第一次达平衡时的平衡常数K 。
②3min时改变的反应条件是 (只填一种条件的改变即可)。
(3)已知温度、压强、投料比X[n(CH4)/n(H2O)]对该反应的影响如图所示。
①图1中的两条曲线所示投料比的关系X1 X2(填“=”、“>”或“<”下同)。
②图2中两条曲线所示的压强比的关系:P1 P2。
(4)以天然气(设杂质不参与反应)、KOH溶液为原料可设计成燃料电池:
①放电时,负极的电极反应式为 。
②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L,放电过程中没有气体逸出,则放电完毕后,所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为 。
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工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:
已知:
物质 | SiCl4 | AlCl3 | FeCl3 | FeCl2 |
沸点/℃ | 57.6 | 180(升华) | 300(升华) | 1023 |
(1)步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是_________________(只要求写出一种)。
(2)步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是________________。
(3)结合流程及相关数据分析,步骤V中加入铝粉的目的是________________。
(4)称取含Fe2O3和Al2O3的试样0.2000g,将其溶解在pH=2.0的热溶液中(50℃左右),以磺基水杨酸为指示剂,用0.02000 mol/L EDTA标准溶液滴定试样中的Fe3+,用去18.00 mL。然后将试液调至pH=3.5,加入上述EDTA标准溶液25.00 mL,并加热煮沸,使Al3+与EDTA完全反应,再调试液pH=4.5,以PAN(1-(2-吡啶偶氨)-2-萘酚)为指示剂,趁热用CuSO4标准溶液(每毫升含CuSO4·5H2O 0.005000g)返滴定,用去8.00 mL。计算试样中Fe2O3和Al2O3的质量分数。________________(写出计算过程)
(已知:EDTA与Fe3+、Al3+、Cu2+均按物质的量之比1∶1进行反应)
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(16分)(1)人们常用催化剂来选择反应进行的方向。右图所示为一定条件下1mol CH3OH与O2发生反应时,生成CO、CO2或HCHO的能量变化图[反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去]。
①写出1 moL HCHO生成CO的热化学方程式: 。
②CH3OH与O2在有催化剂作用下反应,产物中HCHO比率大大提高的原因是 。
(2)①一定温度下,将N2H4与NO2以体积比为1:1置于10 L定容容器中发生反应
2N2H4(g)+2NO2(g) 3N2(g)+4H2O(l) ΔH<0
下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a.混合气体密度保持不变 b.3v正(NO2)=2v逆(N2)
c.N2H4与NO2体积比保持不变 d.体系压强保持不变
②在某温度下,5L密闭容器中发生上述反应,容器内部分物质的物质的量变化如下表:
物质的量/mol 时间 | n (N2H4) | n (NO2) | n (N2) |
起始 | 2.0 | 3.0 | 0 |
第2min | 1.5 | a | 0.75 |
第4min | 1.2 | b | 1.2 |
第6min | 1.0 | c | 1.5 |
第7min | 1.0 | c | 1.5 |
请画出该反应中n(NO2)随时间变化曲线,并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO2)随时间变化示意图。计算该温度下反应的平衡常数K(保留2位有效数字,写出计算过程)。
(3)纳米级Cu2O具有优良的催化性能,制取Cu2O的方法有:
①加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2制备纳米级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为 。
②用阴离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米Cu2O,反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑,如图所示。该电解池的阳极反应式为 。
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[s1] 将固体FeC2O4·2H2O放在一个可称量的容器中加热灼烧,固体质量随温度升高而变化,测得数据如下:
温度/℃ | 25 | 300 | 350 | 400 | 500 | 600 | 900 |
固体质量/g | 1.000 | 0.800 | 0.800 | 0.400 | 0.444 | 0.444 | 0.430 |
根据计算分析推理,完成下列填空:
(1)写出25~300℃时固体发生变化的反应方程式________判断的理由是________。
(2)350~400℃发生变化得到的产物是________,物质的量之比为________。
(3)500℃时产物的含氧质量分数为________。
(4)写出600~900℃时发生变化的化学方程式________。
[s1]30.
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[s1] 根据下列框图回答问题(答题时,方程式中的M、E用所对应的元素符号表示):
(1)写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式:________。
(2)某同学取X的溶液,酸化后加入KI、淀粉溶液,变为蓝色。写出与上述变化过程相关的离子方程式:________、________。
(3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式:________。
[s1]29.
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[s1] 在碘化钾和硫酸的混合溶液中加入过氧化氢水溶液,迅速发生反应,放出大量气体,反应过程可表示如下:
①H2O2+2KI+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O ②H2O2+I2=2HIO ③H2O2+2HIO=I2+O2↑+2H2O
(1)H2O2在反应③中的作用是____________(填正确选项的标号)。
(A)氧化剂 (B)还原剂(C)既是氧化剂又是还原剂
(D)不是氧化剂也不是还原剂
(2)有人认为上述反应说明了碘单质是过氧化氢分解的催化剂,你认为______(填“对”或“不对”),其理由_________________________。
(3)上述反应说明H2O2、I2、HIO氧化性从强到弱的顺序是____________。
[s1]28.
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[s1] (1)将盛有等物质的量浓度3mol/L体积均为150mL的稀硫酸的两个烧杯分别置于托盘天平上,调节天平使之平衡,然后在两个烧杯中分别加入质量均为m g的铝和镁。要求反应后天平仍平衡,则m必须满足(不要求计算过程)
(2)6.4gCu与过量的8mol/L30mLHNO3反应,硝酸的还原产物为NO2和NO,反应结束后测得溶液中n(H+)为amol,则溶液中所含n(NO3-)为________。
[s1]27.
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(14分)
目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题:
I.甲烷自热重整是一种先进的制氢方法,其反应方程式为:
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)
(1)阅读下图,计算该反应的反应热ΔH = __________kJ/mol。
II.用CH4或其他有机物、O2为原料可设计成燃料电池。
(2)以CnH2nOn、O2为原料,H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池,则负极的电极反应式为______________________________________________________________________。
(3)以CH4、O2为原料,100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池,若放电时参与反应的氧气体积为448 mL(标准状况),产生的气体全部被溶液吸收,则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________,各离子浓度由大到小的顺序为______________________________。
III.利用I2O5消除CO污染的反应为:5CO(g) + I2O5(s) 5CO2(g) + I2(s),不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO,测得CO2的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答:
(4)T2时,0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
(5)T1时化学平衡常数K = ____________________。
(6)下列说法不正确的是___________(填字母序号)。
A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态
B.两种温度下,c点时体系中混合气体的压强相等
C.d点时,增大体系压强,CO的转化率不变
D.b点和d点时化学平衡常数的大小关系:Kb < Kd
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液氨是一种良好的储氢物质。
已知:① 2NH3(g) N2 (g) + 3H2(g) ΔH = +92.4 kJ·mol-1
② 液氨中2NH3(l) NH2- + NH4+
(1)氨气自发分解的反应条件是 (填“低温”或“高温”)。
(2)图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是 (填催化剂的化学式)。
(3)其他条件相同,反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后,氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态________(填“是”或“不是”)平衡状态。
②c点氨气的转化率高于b点,原因是 。
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。
④假设Ru催化下,温度为750℃时,氨气的初始浓度为c0,平衡转化率为40%,则该温度下此反应的 平衡常数K = 。
(4)用Pt电极对液氨进行电解也可产生H2和N2。阴极的电极反应式是 。
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【化学——化学与技术】(15分)将海水淡化和与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。一般是先将海水淡化获得淡水,再从剩余的浓海水中通过一系列工艺提取其他产品。
回答下列问题:
(1)下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是 (填序号)。
①用混凝法获取淡水 ②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种 ④改进钾、溴、镁等的提取工艺
(2)采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br2,并用纯碱吸收。碱吸收溴的主要反应是:Br2+Na2CO3+H2O NaBr+NaBrO3+NaHCO3,吸收1 mol Br2时转移的电子为 __ mol。
(3)海水提取镁的一段工艺流程如下图:
浓海水的主要成分如下:
离子 | Na+ | Mg2+ | Cl- | SO42 - |
浓度(g•L-1) | 63.7 | 28.8 | 144.6 | 46.4 |
该工艺过程中,脱硫阶段主要反应的离子方程式为 ,产品2的化学式为 ,1 L浓海水最多可得到产品2的质量为 ______g。
(4)采用石墨阳极,不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为 ;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式 。
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