高三化学解答题中等难度题
能源问题是当前世界各国所面临的严重问题,同时全球气候变暖,生态环境问题日益突出,开发氢能、研制燃料电池、发展低碳经济是化学工作者的研究方向。
I.氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
△H<0。在850℃时,平衡常数K=1。
(1)若降低温度到750℃时,达到平衡时K________1(填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO、3molH2O、1.0molCO2
和x molH2,则:
①当x=5.0时,上述反应向(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是________。
③在850℃时,若设x=5.0和x=6.0,其它物质的投料不变,当上述反应达到平衡后,
测得H2的体积分数分别为a%、b%,则a________b(填“大于”、“小于”或“等于”)
II.已知4.6g液态乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量136kJ·mol液态水转
化为气体水吸收44kJ的热量。
(3)请写出乙醇燃烧生成气态水的热化学方程式
。
(4)将0.1mol乙醇在足量氧气中燃烧,得到的气体全部通入到100mL3mol/LNaOH溶液中,忽略HCO-3的电离,则所得溶液中c(CO2-3)________c(HCO-3)(填“大于”、“小于”或“等于”,)原因是________(用文字叙述)。
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CO2是生活中常见的化合物之一,随着世界工业经济的发展、人口的剧增,全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题,人类对CO2的性质研究和综合利用日益重视。
Ⅰ.在催化剂作用下,可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯(DMC):CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O,但甲醇转化率通常不会超过1%,这是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下,通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为:TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。
(1)根据反应温度对TON的影响图(相同时间内测定),判断该反应的焓变△H________0(填“>”、“=”或“<”),理由是____________________________________。
(2)根据反应时间对TON的影响图(上图),已知溶液总体积10mL,反应起始时甲醇0.25mol,催化剂0.6×10—5 mol,计算该温度下,4~7 h内DMC的平均反应速率:________。
(3)根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图(见上右图),判断下列说法正确的是 。
A.由甲醇和CO2直接合成DMC,可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO2 转化为资源,在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
B. 在反应体系中添加合适的脱水剂,将提高该反应的TON
C. 当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加,甲醇的平衡转化率显著提高
D. 当催化剂用量高于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加DMC的产率反而急剧下降
Ⅱ.如果人体内的CO2不能顺利排除体外会造成酸中毒,缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响,人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系(H2CO3/HCO3-)维持pH稳定。己知正常人体血液在正常体温时,H2CO3的一级电离常数Ka1=10-6.1,c(HCO3-):c(H2CO3)≈20:1,lg2=0.3。
(4)由题给数据可算得正常人体血液的pH________(保留一位小数)。
(5)正常人体血液中H2CO3、HCO3-、OH- 、H+四种微粒浓度由大到小关系为: 。
(6)当少量的酸、碱进入血液中时,血液pH变化不大,其原因是 。
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随着世界工业经济的发展、人口的剧增,全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2引起了全世界的普遍重视。
(1)如图为C及其氧化物的变化关系图,若①变化是置换反应,则其化学方程式可为______________________________________;
图中变化过程哪些是吸热反应________(填序号)。
(2)甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上可用如下方法合成甲醇:
方法一 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
方法二 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
在25℃、101 kPa下,1克甲醇完全燃烧放热22.68 kJ,写出甲醇燃烧的热化学方程式:_____________________________________________;
某火力发电厂CO2的年度排放量是2 200万吨,若将此CO2完全转化为甲醇,则理论上由此获得的甲醇完全燃烧放热约是________kJ(保留三位有效数字)。
(3)金属钛冶炼过程中其中一步反应是将原料金红石转化:TiO2(金红石)+2C+2Cl2高温,TiCl4+2CO 已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1
TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g) ΔH=+141 kJ·mol-1
则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=________。
(4)臭氧可用于净化空气,饮用水消毒,处理工业废物和作为漂白剂。臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:
6Ag(s)+O3(g)=3Ag2O(s) ΔH=-235.8 kJ·mol-1,
已知:2Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g)ΔH=+62.2 kJ·mol-1,
则O3转化为O2的热化学方程式为_________________________。
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随着能源问题的进一步突出,氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的能源,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,开发氢能已引起各国的高度重视.
Ⅰ.(1)生产氢气的方式很多,写出工业生产中采用煤为原料制取氢气的化学反应方程式: 。
(2)热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示:
请回答下列问题;
①该循环工艺过程的总反应方程式为 .
②运用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出氢气的目的是 。
(3)最近的研究发现,复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)也可以用于热化学循环分解水制氢,利用MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为:
MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为:
2MnFe2O42MnFe2O4-x+XO2↑,MnFe2O4-x+xH2O=MnFe2O4+xH2↑
请认真分析上述两个反应并回答下列问地:
① 在反应中MnFe2O4是 (填“催化剂”或“中间产物”),若MnFe2O4-x中x=0.8,则MnFe2O4-x中Fe2+占全部铁元素的百分比为 。
②该热化学循环法制氢尚有不足之处,进一步改进的研究方向是 .
Ⅱ.(4)氢能的利用涉及氢的储存、运输和使用,镍和镧组成的一种合金LaNiX ,是较好的储氢材料,能快速可逆地存储和释放氢气。LaNix 的晶胞如右图,其储氢原理为:镧镍合金吸附H2,H2解离为原子,H储存在其中形成LaNixH6。LaNixH6中,x= 。该贮氢的镧镍合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液组成的镍氢电池被用于制作原子钟,反应原理为:LaNixH6+6NiO(OH) LaNix+6NiO+6H2O,电池放电时,发生氧化反应的电极反应式为: 。
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(17分)随着世界工业经济的发展、人口的剧增,全球能源紧缺面临着越来越严重的问题,煤经过化学加工可转化为气体或液体以及各种化工产品,从而提高了煤的利用率。
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为:
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+131.5kJ·mol-1
①该反应的平衡常数表达式为________。
②下列措施中,不能提高碳的转化率的是________(填字母序号)
A.容器的体积不变,增加水蒸气的物质的量 B.缩小容器的体积,增大压强
C.及时将水煤气从容器中移走 D.其他条件不变,升高温度
③又知C(s)+CO2(g) 2CO(g) △H=+172.5kJ·mol-1
则CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的焓变(△H)为________。
(2)CO和H2在一定条件下可反应生成甲醇,CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。甲醇作为一种可再生能源燃料,可用于燃料电池。下图是甲醇燃料的原理示意图:
①a处通入的是________(填物质名称),该电池工作过程中,H+的移动方向
为从________到________(填“左”或“右”)
②该电池正极反应式为。
③若用该电池提供的电能电解600ml 0.2mol·L-1NaCl溶液,设有0.01molCH3OH完全放电,且电解产生的Cl2全部溢出,电解前后忽略溶液体积的变化,则电解时阴极反应式为________,电解结束后所得溶液的pH=________。若向电解后的溶液加入适量的醋酸至溶液的pH恰好等于7(反应前后忽略溶液体积的变化),则此时溶液中c(Na+):c(CH3COO-)=________。
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能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景,因此甲醇被称为2l世纪的新型燃料。工业上用CO生产燃料甲醇,一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。图1表示反应中能量的变化;图2表示一定温度下,在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化图。
请回答下列问题:
(1)在“图1”中,曲线_______(填“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于_________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)根据“图2”判断,下列说法不正确的是______________。
A.起始充入的CO为1mol
B.增加CO浓度,CO的转化率增大
C.容器中压强恒定时,反应已达平衡状态
D.保持温度和密闭容器容积不变,再充入1molCO和2molH2,再次达到平衡时n(CH3OH)
/n(CO)会增大
(3)从反应开始到建立平衡,v(H2)=__________;该温度下CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的化学平衡常数为___________。若保持其他条件不变,向平衡体系中再充入0.5mol CO、lmolH2、1.5 molCH3OH,此反应进行的方向为________________(填“正反应方向”或“逆反应方向)”。
(4)请在“图3”中画出平衡时甲醇蒸气百分含量(纵坐标)随温度(横坐标)变化的曲线,要求画压强不同的2条曲线(在曲线上标出p1、p2,且p1>p2)。
(5)科学家常用量热剂来直接测定某一反应的反应热,现测得:CH3OH(g)+3/2O2
(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-192.9kJ/mol,又知H2O(l)=H2O(g)△H=+44kJ/mol,请写出32g的CH3OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式_______。
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氢能是一种既高效又干净的新能源,发展前景良好,用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”,已达到世界先进水平,并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括( )
①原料来源广;②易燃烧、热值高;③储存方便;④制备工艺廉价易行
A.①② B.①③ C.③④ D.②④
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