运用化学反应原理研究氮、碳、硫等单质及其化合物的反应有重要意义。(1)氨在国民经济中占有重要地位。合成氨工业中,合成塔中每产生2mol NH3,放出92.2kJ
题型:不详难度:来源:
运用化学反应原理研究氮、碳、硫等单质及其化合物的反应有重要意义。 (1)氨在国民经济中占有重要地位。合成氨工业中,合成塔中每产生2mol NH3,放出92.2kJ热量。 ①若起始时向容器内放入2mol N2和6mol H2,达平衡后放出的热量为Q,则Q(填 “>”、“<”或“=”) 184.4 kJ。 ②已知
1mol N—H键断裂吸收的能量等于 kJ。 (2)硫酸的年产量可以用来衡量一个国家的化工生产能力。工业生产硫酸的流程中存在反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。反应体系中SO3的百分含量和温度的关系如下图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。根据图示回答下列问题:
①该反应的 0(填“>’或“<”)。 ②下列说法正确的是 a.若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,平衡不移动 b.在D点时,v正>v逆 c.B点、C点反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1<K2 d.在A点时,消耗1mol SO2必定同时消耗1mol SO3 (3)过度排放CO2会造成温室效应。 ①最近科学家提出“绿色自由”构想能把空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料电池,写出该电池负极反应式(电解液为KOH溶液) 。 ②CO2也可用NaOH溶液吸收得到Na2CO3溶液,写出该反应的离子方程式 。 Na2CO3水溶液呈碱性,其原因是,25℃时该反应的K=2×10-4mol·L-1,则当溶液中c(HCO- 3):c(CO2- 3)=2∶1时,溶液的pH= 。 |
答案
(12分) (1)①<(2分) ②391(2分) (2)①<(2分) ②bd(2分) (3)①CH3OH+ 8OH--6e-= CO2- 3 + 6H2O(2分) ②CO2+2OH- = CO2- 3 +H2O(2分) 10(2分) |
解析
试题分析: (1)①根据反应3H2(g)+N2(g)=2NH3(g) △H=-92.2kJ/mol,而向容器内放入2mol N2和6mol H2由于可逆反应不可能完全反应,所以Q<184.4 kJ。 ②反应3molH2需436 kJ×3,反应1mol N2需948.5kJ,与生成2mol NH3(6mol N-H)所需能量和为-92.2kJ,1mol N—H键断裂吸收的能量等于391 kJ。 (2)①右图可知温度越高,SO3的百分含量,平衡逆向移动△H<0。 ②a、恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气容器体积变大,反应向气体分子数增多方向移动,错误。b、从D到A SO3的百分含量上升,反应正向进行,建立平衡v正>v逆,正确。c、反应放热,温度越高,K越小,K1>K2,错误。d、消耗1mol SO2必定同时消耗1mol SO3,v正=v逆,正确。 (3)①总反应:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O;正极反应: O2+3H2O+4e-=4 OH-;两式相减可得CH3OH+ 8OH--6e-= CO2- 3 + 6H2O。 ②CO2也可用NaOH溶液吸收:CO2+2OH- = CO2- 3 +H2O; K=2×10-4mol·L-1= c(OH-)× c(HCO- 3)/c(CO2- 3)="2" c(OH-),所以c(OH-)=1×10-4mol·L-1,c(H+)=10-8,pH=10。 |
举一反三
人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。 I.最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实验氮的固定一电解法合成氨,大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入_________极(填“阴”或“阳”) ;向另一电极通入N2,该电极的反应式为__________________________。 II.据报道,在一定条件下,N2在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应,主要产物为NH3,相应的反应方程式为:2N2(g)+6H2O(g)4NH3(g)+3O2(g) △H=Q。 (1)上述反应的平衡常数表达式为_______________。 (2)取五份等体积N2和H2O的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入体积相同的恒容密闭容器中,在温度不相同的情况下发生反应,反应相同时间后,测得氮气的体积分数与反应温度T的关系曲线如图所示,则上述反应的Q________0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)若上述反应在有催化剂的情况下发生,则下图所示的a、b、c、d四条曲线中,能表示反应体系能量变化的是_______(选填字母代号),图中△H的绝对值为1530kJ·mol-1。
III.目前工业合成氨的原理是:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-93.0kJ/mol。 回答下列问题: (1)结合II中的数据,则O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)的△H=______________。 (2)在一定温度下,将1molN2和3mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应,达到平衡状态时,测得气体总物质的量为2.8mol。 ①达平衡时,H2的转化率α1=______________。 ②在相同条件下,若起始时只将NH3置于该容器中,达到平衡状态时NH3的转化率为α2,当α1+α2=1时,则起始时NH3的物质的量n(NH3)=_____________mol。 |
研究碳及其化合物的性质对促进低碳社会的构建具有重要意义。 (1)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通人体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下两组数据:
实验组
| 温度℃
| 起始量/mol
| 平衡量/mol
| 达到平衡所需时间/min
| CO
| H2O
| H2
| CO
| 1
| 650
| 4
| 2
| 1.6
| 2.4
| 6
| 2
| 900
| 2
| 1
| 0.4
| 1.6
| 3
| ①实验1中以CO2表示的反应速率为_____________(保留2位小数); ②该反应为___________(填“吸热”或“放热”)反应; ③实验2的平衡常数为___________________________。 (2)已知在常温常压下: 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=-1451.6kJ/mol 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0kJ/mol 写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式_______________________________。 (3)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,实验室用如图装置模拟该过程,其原理是:通电后,Co2+被氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化剂把甲醇氧化成CO2而除去(Co3+的还原产物是CO2+)。
①写出阳极电极反应式_______________________________________________________________ ; ②写出除去甲醇的离子方程式__________________________________________________________。 |
研究氮及其化合物具有重要意义。请回答下列问题: (1)脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为: 2NH3(g) +NO(g) +NO2(g)2N2(g) +3H2O(g) △H<0,反应的氧化剂是________________。 (2)巳知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g)N2O4(g) △H<0,现将一定量的混合气体通入一恒温密闭容器中反应,浓度随时间变化关系如图所示。则图中两条曲线X和Y,表示N2O4浓度变化的是____,b、c、d三点的化学反应速率大小关系是______;25min时,曲线发生图中变化,可采取的措施是_________。
(3)25℃时,将NH3溶于水得100 mL0.1 mol • L-1的氨水,测得pH=11,则该条件下,NH3 • H2O的电离平衡常数Kb=_______。 (4)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180kJ/mol; 2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H=-112kJ/mol; 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol; C(s)+O2(g)=CO2 (g) △H=-393.5kJ/mol。 则反应4CO(g)+2NO2(g)=4CO2 (g)+ N2(g) △H=________。 (5)用电化学法可获得N2O5。如图装置中,阳极的电极反应式为:N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+,则该电解反应的化学方程式为________________。
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高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应为: Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g) △H (1)已知:①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) △H1="+489.0" KJ·mol-1 ②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5KJ·mol-1 则△H= KJ•mol-1。 (2)高炉炼铁反应的平衡常数表达式K= ,温度升高后,K值 (填“增大”、“不变”或“减小”)。 (3)在T℃时,该反应的平衡常数K=64,在2L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。
| Fe2O3
| CO
| Fe
| CO2
| 甲/mol
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 乙/mol
| 1.0
| 2.0
| 1.0
| 1.0
| ①甲容器中CO的平衡转化率为 。 ②下列说法正确的是 (填字母)。 A.当容器内气体密度恒定,表明反应达到平衡状态 B.甲容器中CO的平衡时的速率小于乙容器中CO平衡时的速率 C.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为3:2 D.增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率 (4)汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素,一种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燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在高温熔融状态下能传导O2-(过程中无气体产生),则负极的反应式为 。 |
天然气(以甲烷计)在工业生产中用途广泛。 Ⅰ.在制备合成氨原料气H2中的应用 (1)甲烷蒸汽转化法制H2的主要转化反应如下: CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH =" +206.2" kJ/mol CH4(g) + 2H2O(g) CO2(g) +4H2(g) ΔH = +165.0kJ/mol 上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是 。 (2)CO变换反应的汽气比(水蒸气与原料气中CO物质的量之比)与CO平衡变换率 (已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比)的关系如下图所示:
汽气比与CO平衡变换率的关系 析图可知: ① 相同温度时,CO平衡变换率与汽气比的关系是 。 ② 汽气比相同时,CO平衡变换率与温度的关系是 。 (3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp),则CO变换反应的平衡常数表示式为:Kp= 。随温度的降低,该平衡常数 (填“增大”“减小”或“不变”)。 Ⅱ.在熔融碳酸盐燃料电池中的应用 以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质,天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下:
(1)外电路电子流动方向:由 流向 (填字母)。 (2)空气极发生反应的离子方程式是 。 (3)以此燃料电池为电源电解精炼铜,当电路有0.6 mol e‑转移,有 g 精铜析出。 |
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