(14分)2013年12月2日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空,进一步向广寒宫探索。“长征三号甲”是三级液体助
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(14分)2013年12月2日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空,进一步向广寒宫探索。“长征三号甲”是三级液体助推火箭,一、二级为常规燃料,常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。 Ⅰ.常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。 已知:①N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H = -543kJ·mol-1 ②H2(g)+ F2(g) = HF(g) △H = -269kJ·mol-1 ③H2(g)+ O2(g) = H2O(g) △H = -242kJ·mol-1 请写出肼和氟气反应的热化学方程式:_____________________________。 Ⅱ.氧化剂二氧化氮可由NO和 O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应: 2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH 的体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间(s)
| 0
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
| n(NO)(mol)
| 0.200
| 0.100
| 0.080
| 0.050
| 0.050
| 0.050
| n(O2)(mol)
| 0.100
| 0.050
| 0.040
| 0.025
| 0.025
| 0.025
| (1)已知:K800℃>K1000℃,则该反应的ΔH ______0(填“大于”或“小于”),用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率为__________。 (2)能说明该反应已达到平衡状态的是________。 A.容器内颜色保持不变 B. 2v逆(NO)=v正(O2) C.容器内压强保持不变 D.容器内密度保持不变 (3)为使该反应的速率增大,提高NO的转化率,且平衡向正反应方向移动应采取的措施有 。 (4)在上述条件下,计算通入2 mol NO和1 mol O2的平衡常数K=______________。 (5)在上述条件下,若开始通入的是0.2 mol NO2气体,达到化学平衡时,则NO2的转化率为 。 |
答案
Ⅰ.N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g) △H=-1135kJ·mol-1 Ⅱ.(1) 小于;0.015 mol/(L·s);(2) A 、C;(3)通入氧气、增大压强;(4)720 ;(5)25% |
解析
试题分析:Ⅰ①+②×4-③×2整理可得N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g) △H=-1135kJ·mol-1 ;Ⅱ(1)由已知条件可知升高温度化学平衡常数减小,说明升高温度门牌号逆向移动。根据平衡移动原理,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,逆反应方向是吸热反应,所以该反应的正反应为放热反应,即ΔH<0。从0~2 s内用O2表示该反应的平均速率为v(O2)= (0.100-0.040)mol÷2L÷2s="0.015" mol/(L·s);(2)A.因为反应是在恒容的密闭容器中发生的,只有NO2是红棕色,其它气体都是无色的,若容器内颜色保持不变,说明各种气体的物质的量不变,而反应是个反应前后气体体积不等的反应,所以可证明反应达到平衡状态。正确。B.在任何时刻都存在关系:2v逆(NO)=v正(O2)。因此不能证明反应达到平衡状态。错误。C.由于反应是个反应前后气体体积不等的反应,若未达到平衡,则容器内气体的压强就会发生变化,所以容器内压强保持不变,则该反应达到了平衡状态。正确。D.在反应前后气体的质量不变,容器的容积也不变,所以任何时刻容器内气体的密度都保持不变。故不可作为判断平衡的标志。错误。选项为A、C。(3)为使该反应的速率增大,提高NO的转化率,且平衡向正反应方向移动应采取的措施有通入氧气来增大氧气的浓度或增大体系的压强的方法;(4)在上述体系中化学反应平衡常数为.由于化学平衡常数只与温度有关,而与浓度无关,温度没变,所以化学平衡常数就不变。(5)在反应开始时c(NO2)=0.1mol/L;假设在反应过程中c(O2)=xmol/L,则当反应得到平衡时各种物质的浓度分别是c(NO2)=(0.1-2x)mol/L; c(NO)=" 2xmol/L;" c(NO2)=xmol/L。根据化学平衡常数的含义可得。解得x=0.0125mol/L,所以NO2的转化率为(2×0.0125mol/L)÷0.1mol/L×100%=25%. |
举一反三
(17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,可以在一定条件下制备甲醇,二甲醚等多种有机物。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。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式 。 (2)在一定条件下,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:
时间/min 物质 浓度
| 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
| ①3—4min之间,化学平衡向___ ____反应方向移动(填“正”或“逆”)。 ②3min时改变的反应条件是____________________(只填一种条件的改变) (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,正极的电极反应式_______________________________________ 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 ____。 |
(14分)近几年来,我国中东部地区陷入严重的雾霾天气,面对全球近期的气候异常,环境问题再次成为焦点。非金属氧化物的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径之一。请运用化学反应原理知识,回答下列问题: Ⅰ、目前,消除氮氧化物污染有多种方法。 (1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知: ①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-57kJ•mol-1 ②4CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);△H=-1160kJ•mol-1 ③H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ•mol-1 写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g),CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式________________。 (2)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C(s)+ 2NO(g) N2(g)+CO2(g)某研究小组向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,恒温(T℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
浓度(mol/L) 时间(min)
| NO
| N2
| CO2
| 0
| 0.100
| 0
| 0
| 10
| 0.058
| 0.021
| 0.021
| 20
| 0.040
| 0.030
| 0.030
| 30
| 0.040
| 0.030
| 0.030
| 40
| 0.032
| 0.034
| 0.017
| 50
| 0.032
| 0.034
| 0.017
| ①T℃时该反应的平衡常数为____________(结果保留两位有效数字)。 ②30 min后改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是___________________。 ③若30min后升高温度重新达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则该反应 △H_________0(填“<”“>”“=”)。 Ⅱ、某科研小组为治理SO2对大气的污染,利用烟气中的SO2为原料制取硫酸。 (1)利用原电池原理,用SO2、O2和H2O来制备硫酸,该电池用多孔材料作电极,它能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式__________。 (2)利用Na2SO3溶液充分吸收SO2制得NaHSO3溶液。 ①常温时吸收液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32-):n(HSO3-)变化关系如下表:
n(SO32-):n(HSO3-)
| 91:9
| 1:1
| 1:91
| pH
| 8.2
| 7.2
| 6.2
| 以下离子浓度关系的判断正确的是 A.NaHSO3溶液中c(H+)<c (OH-) B.Na2SO3溶液中c(Na+)>c (SO32-)>c (HSO3-)>c (OH-)>c(H+) C.当吸收液呈中性时,c(Na+)>c (HSO3-)>c (SO32-)>c(OH-)=c(H+) D.当n(SO32-):n(HSO3-)=1:1时,c(Na+)=c (HSO3-)+2c (SO32-) ②然后电解该NaHSO3溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下图所示。请写出开始时阳极反应的电极反应式______________________________________。
|
光气( COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与C12在活性炭催化下合成。 (1)实验室中可用氯仿(CHC13)与双氧水直接反应制备光气,其反应的化学方程式为 ; (2)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为−890.3kJ∙mol−1、−285. 8 kJ∙mol−1和−283.0 kJ∙mol−1,则1molCH4与CO2反应的热化学方程式是 (3)COCl2的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)+CO(g) △H=+108kJ·mol-1。反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下同所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出):
①比较第2 min反应温度T(2)与第8min反应温度T(8)的高低:T(2) ____ T(8)(填“<”、“>”或“=”) ②比较反应物COCl2在5−6min和15−16 min时平均反应速率的大小:v(5−6) v(15−16)(填“<”、“>”或“=”),原因是 。 ③计算反应在第8 min时的平衡常数K= ;(列出计算过程,结果保留两位小数) |
CO是常见的化学物质,在工业生产中用途很广泛。 (1) 已知:某些反应的热化学方程式如下: 2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g) ΔH=+90.4kJ·mol-1 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-556.0kJ·mol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-483.6kJ·mol-1 请写出用CO除去空气中SO2,生成S(g)及CO2热化学方程式 (2) 某燃料电池以CO为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态的K2CO3为电解质,请写出该燃料电池正极的电极反应式 ; (3)在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容,使之发生反应:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);△H=-dJ·mol-1(d>0)。初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如下:
实验
| 甲
| 乙
| 丙
| 初始投料
| 2 molH2、1 molCO
| 1 mol CH3OH
| 4 molH2、2 molCO
| 平衡时n(CH3OH )
| 0.5mol
| n2
| n3
| 反应的能量变化
| 放出Q1kJ
| 吸收Q2kJ
| 放出Q3kJ
| 体系的压强
| P1
| P2
| P3
| 反应物的转化率
| α1
| α2
| α3
| ①该温度下此反应的平衡常数K为 。 ②三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是 (填序号)。 A.α1+α2=1 B.Q1+Q2=d C.α3<α1 D.P3>2P1=2P2 E.n2<n3<1.0mol F.Q3<2Q1 ③在其他条件不变的情况下,将甲容器的体系体积压缩到1L,若在第8min达到新的平衡,从开始到新平衡时H2的转化率为65.5%,请在下图中画出第5min 到新平衡时CH3OH的物质的量浓度的变化曲线。
(4)实验室常用甲酸(一元酸)来制备CO。已知25℃时,0.l mol/L甲酸( HCOOH)溶液和0.l mo1/L乙酸溶液的pH分别为2.3和2.9。现有相同物质的量浓度的下列四种溶液:①HCOONa溶液 ②CH3COONa溶液③Na2CO3④NaHCO3溶液,其pH由大到小的顺序是 ____(填写溶液序号)。关于0.l mo1/L HCOOH溶液和0.l mo1/LHCOONa等体积混合后的溶液描述正确的是 ____。 a.c(HCOOˉ)>c(HCOOH)>c(Na+)>c(H+) b.c(HCOOˉ)+c(HCOOH)=" 0.2" mo1/L c.c(HCOOˉ)+2c(OHˉ)=c(HCOOH)+2c(H+) d.c(HCOOˉ) >c(Na+)>c(H+)>c(OHˉ) |
(15分)氨是最重要的化工产品之一。 (1)合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。有关化学反应的能量变化如下图所示。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为 。 (2)CO对合成氨的催化剂有毒害作用,常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中CO,其反应原理为:[Cu(NH3)2CH3COO] (l)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3] CH3COO·CO(l) △H<0。吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用,再生的适宜条件是 。 (填写选项编号) A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、低压 D.低温、高压 (3)用氨气制取尿素[CO(NH2)2]的反应为:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) △H<0 某温度下,向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH3和2molCO2,该反应进行到40 s时达到平衡,此时CO2的转化率为50%。该温度下此反应平衡常数K的值为_________。下图中的曲线表示该反应在前25 s内的反应进程中的NH3浓度变化。若反应延续至70s,保持其它条件不变情况下,请在图中用实线画出使用催化剂时该反应的进程曲线。
(4)将尿素施入土壤后,大部分是通过转化为碳酸铵或碳酸氢铵后才被作物所利用,尿素分子在微生物分泌的脲酶作用下,转化为碳酸铵。已知弱电解质在水中的电离平衡常数(25℃)如下表:
弱电解质
| H2CO3
| NH3·H2O
| 电离平衡常数
| Ka1=4.30×10-7 Ka2=5.61×10-11
| 1.77×10-5
| 现有常温下0.1 mol·L-1的(NH4)2CO3溶液, ①你认为该溶液呈 性(填“酸”、“中”、“碱”),原因是 。 ②就该溶液中粒子之间有下列关系式,你认为其中正确的是 。 A.c (NH4+)>c (CO32-)>c (HCO3-)>c (NH3·H2O) B.c(NH4+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(OH-)+c(CO32-) C.c (CO32-) + c (HCO3-) +c (H2CO3)=0.1 mol·L-1 D.c (NH4+)+ c (NH3·H2O)=2 c (CO32-) + 2c (HCO3-) +2 c (H2CO3) |
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