碳、氮和氯元素及其化合物与人类的生产、生活密切相关。I．碳的化合物的转换在生产、生活中具有...

碳、氮和氯元素及其化合物与人类的生产、生活密切相关。

I．碳的化合物的转换在生产、生活中具有重要的应用。特别是CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义。

在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)/n(CO2)充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：

2CO2(g) + 6H2(g) C2H4(g) + 4H2O(g) △H，CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示（①、②、2.0分别代表三种氢碳比时的变化曲线)。

请回答下列问题：

（1）反应的△H_____0，氢碳比①________②，Q点v(正)_____v(逆)(填“大于”或“小于”)

（2）若起始时，CO2的浓度为0.5mol/L，氢气的浓度为1.0mol/L；则P点对应温度的平衡常数的值为_____________________。

II．氯的化合物合成、转化一直是科学研究的热点。

①一定条件下，氯气与氨气反应可以制备氯胺[NH2Cl(g)]，已知部分化学键的键能：

则上述反应的热化学方程式为_______________________________________________________。

②氯胺是一种长效缓释含氯消毒剂，有缓慢而持久的杀菌作用，可以杀死H7N9禽流感病毒，其消毒原理为与水缓慢反应生成强氧化性的物质，该反应的化学方程式为

_________________________________________________________。

III．用氨水除去SO2

(1)已知25℃时，NH3·H2O的Kb=1.8×10-5，H2SO3的Ka1=1.3×10-2，Ka2=6.2×10-8.若氨水的浓度为2.0mol/L，则溶液中的c(OH-)=_________mol/L.将SO2通入该氨水中，当c(OH-)降至1.0×10-7mol/L时，溶液中的c(SO32-)/c(HSO3-)=_____________.

(2)利用氨气与空气催化氧化法制取联氨N2H4.如图是由“联氨-空气”形成的绿色燃料电池,以石墨为电极的电池工作原理示意图,b电极为____________极(填“正”或“负”),写出该电池工作时a电极的电极反应式___________________________________________.

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(13分)硫、碳、氮等元素及其化合物与人类的生产生活密切相关，其中．硫酸、氨气、硝酸都是重要的化工原料．而SO2、NO、NO2、CO等相应氧化物又是主要的环境污染物：

（1）过度排放CO2会造成“温室效应”，而煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。煤综合利用的一种途径如图所示。

已知：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)　 AH1= +131．3 kJ·mol-

C(s)十2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)　 AH2= +90 kJ·mol-

则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）298 K时．将氨气放入体积固定的密闭容器中使其发生分解反应。当反应达到平衡状态后．改变其中一个条件X，Y随X的变化符合图中曲线的是　　　　　　　　 (填字号)：

a．当X表示温度时，Y表示氨气的物质的量

b．当X表示压强时．Y表示氨气的转化率

c．当X表示反应时间时．Y表示混合气体的密度

d．当x表示氨气的物质的量时．Y表示某一生成物的物质的量

（3）燃煤产生的烟气中的氮氧化物NOx(主要为NO、NO2)易形成污染．必须经脱除达标后才能排放：能作脱除剂的物质很多．下列说法正确的是　　　　　　　　 (填序号)：

a．用H2O作脱除剂，不利于吸收含氮烟气中的NO

b．用Na2SO3作脱除剂，O2会降低Na2SO3的利用率

c．用CO作脱除剂，会使烟气中NO2的浓度增加

d．用尿素[CO(NH2)2]作脱除剂．在一定条件下能有效将NOx氧化为N2

（4）在压强为O．1 MPa条件下，容积为V L的密闭容器中，amol CO与2amol H2在催化剂作用下反应生成甲醇。反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，CO的平衡转比率与温度、压强的关系如图所示，则：

①P1　　　　　 P2(填“>”“<”或“=”)。

②在其他条件不变的情况下，向容器中增加a molCO与2amol H2．达到新平衡时．CO的转化率　　　　 (填“增大””减小”或“不变”．下同)，平衡常数　　　　　　　　　　 .

③在P1下、100℃时，CH3OH(g) CO(g)十2H2(g)的平衡常数为　　　　 (用含a、V的代数式表示)。

（5）①常温下．若将2 mol NH3(g)和l mol CO2(g)通入1 L水中．可得pH=10的溶液，则该溶液中浓度最大的阴离子是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；

②常温下，将0．01 mol·L- NaOH溶液和0.01 mol·L-(NH4)2SO4溶液等体积混合．所得溶液pH为10，那么该混合液中c(Na+)+c(NH4+)=　　　　 　　　 mol·L一(填准确代数式．不能估算)。

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碳元素及其化合物与人类的生活、生产息息相关，请回答下列问题：

（1）自然界中的碳循环对人类的生存与发展具有重要意义。

①绿色植物的光合作用吸收CO2释放O2的过程可以描述为以下两步：

2CO2(g)+2H2O(l)+2C5H10O4(s) = 4(C3H6O3)+(s)+O2(g)+4e-   △H=+1360 kJ·mol-1

12(C3H6O3)+(s)+12e- = C6H12O6(s，葡萄糖)+6C5H10O4(s)+3O2(g) △H=-1200 kJ·mol-1

则绿色植物利用二氧化碳和水合成葡萄糖并放出氧气的热化学方程式为：_________________。

②溶洞的形成是石灰岩中的主要成分碳酸钙在一定条件下溶解和沉积形成，请站在活化能的角度解释溶洞形成过程极为缓慢的原因____________。

(2) 工业上碳及其化合物是重要的工业原料。

①以CO2、NaCl、NH3为原料制得Na2CO3是“侯氏制碱法”的重要步骤，相关物质的溶解度曲线如图所示，请写出常温下向饱和氯化钠溶液中先后通入足量的NH3、CO2发生反应的离子方程式：___。

常温常压下，在NaHCO3溶液中存在如下平衡：

HCO3-+H2OH2CO3+OH-　　 Kh=2.27×10-8

HCO3- CO32-+H+ Ka2=4.7×10-11

H2OH++OH- Kw=1.0×10-14

请用K定量解释NaHCO3溶液显碱性的原因：____________，在NaHCO3溶液中继续通入CO2，至溶液中n(HCO3-)：n(H2CO3)= ____________时溶液可以达中性。

②工业上可以利用甲醇制备氢气。

甲醇蒸汽重整法制备氢气的胡政尧反应为CH3OH(g) CO(g)+2H2(g),设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol的CH3OH(g)体系压强为p1，在一定条件下达到平衡时，体系压强为p2，且p2：p1=2.2，则该条件下CH3OH的平衡转化率为__________________。

工业上还可以利用甲醇部分氧化法制备氢气，在一定温度下以Ag/CeO2-ZnO为催化剂，原料气比例对反应选择性(选择性越大，表示生成的该物质越多)影响关系如图所示.则当

n(O2)/n(CH3OH)=0.25时，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为__________；在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH)=________。

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CO2的转换在生产、生活中具有重要的应用。

(1)CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义，海洋是地球上碳元素最大的“吸收池”。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，除CO2、H2CO3两种分子外，还有两种离子的化学式为_________、___________________。

②在海洋碳循环中，可通过上图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：____________。

(2)将CO2与金属钠组合设计成Na－CO2电池，很容易实现可逆的充、放电反应，该电池反应为4Na+3CO2 2Na2CO3+C。放电时，在正极得电子的物质为___________；充电时，阳极的反应式为___________。

(3)　　 目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃并有催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5molCO2和1.5 mol H2转化率达80%时的能量变化示意图。能判断该反应达到化学平衡状态的依据_______(填字母)。

a.容器中压强不变　　　　　　 b.H2的体积分数不变

c.c(H2 =3c(CH3OH)　　　　　 d.容器中密度不变

e. 2个C = O断裂的同时有6个H - H断裂

(4)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)+H2O(g) CO2(g) +H2(g)，得到如下三组数据：

①实验2条件下平衡常数K=____________。

②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b的值_________　　 (填具体值或取值范围）。

③　　 实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol，则此时v(正____v(逆）（填“ <”、“ >”或“=")。

(5)已知在常温常压下：

①2CH3OH(I) +3O2(g)=2CO2(g) +4H2O(g) 　 △H= -1275.6 kJ • mol-1

②2CO(g) +O2(g)=2CO2(g)　　 　　 △H = -566.0 kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(I)　　 △H =-44.0 kJ·mol-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式_____________。

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CO2的转换在生产、生活中具有重要的应用。

Ⅰ．CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义。

（1）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，除CO2、H2CO3两种分子外，还有两种离子的化学式为____________。

②在海洋碳循环中，可通过下图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：_____________。

（2）将CO2与金属钠组合设计成Na－CO2电池，很容易实现可逆的充、放电反应，该电池反应为4Na＋3CO2 2Na2CO3＋C。放电时，在正极得电子的物质为______；充电时，阳极的反应式为_____。

Ⅱ．环境中的有害物质常通过转化为CO2来降低污染。

（3）TiO2是一种性能优良的半导体光催化剂，能有效地将有机污染物转化为CO2等小分子物质。下图为在TiO2的催化下，O3降解CH3CHO的示意图，则该反应的化学方程式为____。

（4）用新型钛基纳米PbO2作电极可将苯、酚类等降解为CO2 和H2O。该电极可通过下面过程制备：将钛基板用丙酮浸泡后再用水冲洗，在钛板上镀上一层铝膜。用它做阳极在草酸溶液中电解，一段时间后，铝被氧化为氧化铝并同时形成孔洞。再用Pb(NO3)2溶液处理得纳米PbO2，除去多余的氧化铝，获得钛基纳米PbO2电极。

①用丙酮浸泡的目的是______。

②电解时，电流强度和基板孔洞深度随时间变化如图所示，氧化的终点电流突然增加的原因是______。

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（14分）碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）C、CO、CO2在实际生产中有如下应用：

a．2C + SiO2Si + 2CO　　　　　 b．3CO + Fe2O32Fe + 3CO2

c．C + H2O CO + H2　　　　　　　　 d．CO2 + CH4CH3COOH

上述反应中，理论原子利用率最高的是　　　　　　 。

（2）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2，为搞清该方法对催化剂的影响，查得资料：

则：① 不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是　　　　　 。

② SO2(g) + 2CO(g) = S(s) + 2CO2(g)　　 △H ＝　　　　　 。

（3）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO）等有毒气体。

①活性炭处理NO的反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2 (g) ∆H＝-a kJ·mol－1（a>0）

若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是：　　　　　 。

a．增加排气管长度　　　　　　　　　　 b．增大尾气排放口

c．添加合适的催化剂　　　　　　　　　 d．升高排气管温度

②在排气管上添加三元催化转化装置，CO能与氮氧化物（NO）反应生成无毒尾气，其化学方程式是　　　　　　　 。

（4）利用CO2与H2反应可合成二甲醚（CH3OCH3）。以KOH为电解质溶液，组成二甲醚　 空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是　　　　　 。

（5）电解CO制备CH4和W，工作原理如图所示，生成物W是　　　　 ，其原理用电解总离子方程式解释是　　　　 。

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碳的化合物的转换在生产、生活中具有重要的应用，如航天员呼吸产生的CO2用Sabatier反应处理，实现空间站中O2的循环利用。

Sabatier反应：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)；

水电解反应：2H2O(1) 2H2(g) +O2(g)。

(1)将原料气按n(CO2):n(H2)=1：4置于密闭容器中发生Sabatier反应，测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示（虚线表示平衡曲线）。

①该反应的平衡常数K随温度降低而________（填“增大”或“减小”）。

②在密闭恒温（高于100℃）恒容装置中进行该反应，下列能说明达到平衡状态的是_____。

A．混合气体密度不再改变　　　　　　　　 B．混合气体压强不再改变

C．混合气体平均摩尔质量不再改变　　　 D. n(CO2):n(H2)=1:2

③200℃达到平衡时体系的总压强为p，该反应平衡常数Kp的计算表达式为_______。（不必化简，用平衡分，压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）

(2)Sabatier反应在空间站运行时，下列措施能提高CO2转化率的是____（填标号）。

A．适当减压　　　　　　　　　　　　 B．合理控制反应器中气体的流速

C.反应器前段加热，后段冷却　　 D.提高原料气中CO2所占比例

(3)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+4H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。

①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为-394kJ/mol、-242kJ/mol，Bosch反应的△H=_____kJ/mol。（生成焓指一定条件下由对应单质生成lmol化合物时的反应热）

②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动，原因是______________。若使用催化剂，则在较低温度下就能启动。

③Bosch反应的优点是_______________。

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碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）C、CO、CO2在实际生产中有如下应用：

a．2C + SiO2 Si + 2CO　　　　　 b. 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2

c. C + H2OCO + H2　　　　　　　　 d. CO2 + CH4CH3COOH

上述反应中，理论原子利用率最高的是　　 　　　　　 　 。

（2）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2，为弄清该方法对催化剂的影响，查得资

料如下：

则：① 不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是　　 　　　　　　　 　　 。

② SO2(g) + 2CO(g) = S(s) + 2CO2(g)　　 △H ＝　　 　　　　　　 　　 。

（3）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO）等有毒气体，可以通过排气管内壁活性炭涂层、排气管内催化剂装置进行处理。

① 活性炭处理NO的反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2 (g) ∆H＝ - a kJ·mol－1（a>0）

若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是：　　 　　　　　　 　　 。

a．增加排气管长度　　　　　　　　　　 b．增大尾气排放口

c．添加合适的催化剂　　　　　　　　　 d．升高排气管温度

②在排气管上添加三元催化转化装置，CO能与氮氧化物（NO）反应生成无毒尾气，其化学方程式是　　 　　　　　　 　　 。

（4）利用CO2与H2反应可合成二甲醚（CH3OCH3）。以KOH为电解质溶液，组成二甲醚——空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是　　 　　　　　　 　 。

（5）电解CO制备CH4和W，工作原理如右图所示，生成物W是　　 　　　　 　 ，其原理用电解总离子方程式解释是　　 　　　　　 　 。

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碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）C、CO、CO2在实际生产中有如下应用：

a．2C + SiO2Si + 2CO　　　 　 　　 b. 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2

c. C + H2O CO + H2　　　　　　　　 d. CO2 + CH4CH3COOH

上述反应中，理论原子利用率最高的是　 　　　 　 。

（2）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2，为弄清该方法对催化剂的影响，查得资料如下：

图Ⅰ　　　　　　　　　　　　 图Ⅱ

则：① 不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是　　 　　　 　　　 。

② SO2(g) + 2CO(g) = S(s) + 2CO2(g)　　 △H ＝　　 　　　 。

（3）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO）等有毒气体，可以通过排气管内壁活性炭涂层、排气管内催化剂装置进行处理。

① 活性炭处理NO的反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2 (g)∆H＝ -akJ·mol－1（a>0）

若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是： 　　　 　　 。

a．增加排气管长度　　　　　　　　　　 b．增大尾气排放口

c．添加合适的催化剂　　　　　　　 　 d．升高排气管温度

②在排气管上添加三元催化转化装置，CO能与氮氧化物（NO）反应生成无毒尾气，其化学方程式是 　　　 　　　 。

（4）利用CO2与H2反应可合成二甲醚（CH3OCH3）。以KOH为电解质溶液，组成二甲醚——空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是　 　　　 　　　 　 。

（5）电解CO制备CH4和W，工作原理如右图所示，生成物W是　 　　　 　 ，其原理用电解总离子方程式解释是　 　　　 　　　 　　　 　 。

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