碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是理想,更是一种值得期待的新的生活方式,请运用化学反应原理的相关知识
题型:不详难度:来源:
碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是理想,更是一种值得期待的新的生活方式,请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。 (1)近年来,我国储氢纳米碳管研究取得重大进展,用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒(杂质),这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯,其反应化学方程式为: ____C+____K2Cr2O7 + =___CO2↑+ ____K2SO4 + ____Cr2(SO4)3+ ____H2O 请完成并配平上述化学方程式。 其中氧化剂是________________,氧化产物是_________________ (2)甲醇是一种新型燃料,甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为: CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)△H1=-116 kJ·mol-1 ①已知: △H2=-283 kJ·mol-1 △H3=-242 kJ·mol-1 则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气时的热化学方程式为 ; ②在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃ 270℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系。
请回答: ⅰ)在上述三种温度中,曲线Z对应的温度是 。 ⅱ)利用图中a点对应的数据,计算出曲线Z在对应温度下CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K= 。 ③在某温度下,将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中,5min时达到平衡,各物质的物质的浓度(mol•L-1)变化如下表所示:
| 0min
| 5min
| 10min
| CO
| 0.1
|
| 0.05
| H2
| 0.2
|
| 0.2
| CH3OH
| 0
| 0.04
| 0.05
| 若5min~10min只改变了某一条件,所改变的条件是 ; 且该条件所改变的量是 。 |
答案
(15分) (1)3 2 8 H2SO4 3 2 2 8 (3分,填上H2SO41分,配平2分。) K2Cr2O7(1分),CO2(1分) (2)①CH3OH(g)+3/2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(g) △H=-651kJ·mol-1(2分) ②i)270℃(2分) ii) 4 L2 /mol2(2分,没单位不扣分) ③增大H2的浓度(2分);增大了0.1 mol•L-1(2分 |
解析
(1)碳由0价升为+4价,铬由+6价降为+3价,则碳单质是还原剂,CO2是氧化产物,K2Cr2O7是氧化剂,Cr2(SO4)3是还原产物,根据最小公倍数法可以确定C、K2Cr2O7的系数分别为3、2,则CO2、Cr2(SO4)3的系数分别为3、2;根据钾原子守恒可知,生成物K2SO4的系数为2,根据硫原子守恒可知,缺少的反应物是H2SO4,且硫酸的系数为8,根据氢或氧原子守恒可知,生成物H2O的系数为8,即3C+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CO2↑+2K2SO4+2Cr2(SO4)3+8H2O;(2)①已知3个热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,将③×2+②—①约去CO(g)后可以得到:CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g),则该反应的焓变="[(—242)×2+(" —283) —(—116)]kJ•mol-1="—651" kJ•mol-1;②i)合成甲醇是放热反应,升高温度平衡左移,CO的转化率减小,温度越高,平衡越向左移动,CO的转化率越低,则图中曲线Z对应温度为270℃,Y对应温度为250℃,X对应温度为230℃;ii)起始时n(CO)=1mol,图中n(H2)/n(CO)=1.5,则n(H2)=1.5mol;CO的平衡转化率=50%,则△n(CO)=0.5mol,根据变化物质的量之比等于系数之比可知,△n(H2)=1.0mol,△n(CH3OH)=0.5mol;平衡时n(CO)=0.5mol,n(H2)=0.5mol,n(CH3OH)=0.5mol;由于V=1L,c=n/V,则c(CO)=0.5mol/L,c(H2)=0.5mol/L,c(CH3OH)=0.5mol/L;K===4L2•mol—2;③5min时c(CH3OH)=0.04mol/L,则△c(CH3OH)=0.04mol/L;根据系数之比等于变化浓度之比可知,△c(CO)=0.04mol/L,△c(H2)=0.08mol/L;根据两反应物的起始浓度—变化浓度可知,5min时c(CO)=0.06mol/L,c(H2)=0.12mol/L;对比5min时和10min时各组分的平衡浓度可知,平衡一定向右移动,且△c(CO)=0.01mol/L,△c(H2)=0.02mol/L,△c(CH3OH)=0.01mol/L,如果是降低温度或增大压强,则再次平衡时c(CO)=0.05mol/L,c(H2)=0.1mol/L,△c(CH3OH)=0.05mol/L,但是10min时c(H2)=0.2mol/L,说明改变的变量一定是增大氢气的浓度,且比原平衡时增大了0.1mol/L。 |
举一反三
碳及其化合物有广泛的用途。 (1)在电化学中,常用碳作电极: ①在酸性锌锰干电池中,碳棒作 极。 ②若用碳棒和铁棒做电极电解饱和食盐水生产烧碱时,碳棒作 极,反应的离子方程式 。 (2)将水蒸气通过红热的碳可产生水煤气:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ/mol,达到平衡后,体积不变时,能提高H2O的平衡转化率的措施是 。A.升高温度 | B.增加碳的用量 | C.加入催化剂 | D.用CO吸收剂除去CO | (3)将一定量的CO(g)和H2O(g)通过某恒容的密闭容器中,发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)得到如下数据:
温度/℃
| 起始浓度mol/L
| 平衡浓度mol/L
| CO(g)
| H2O(g)
| H2(g)
| 900
| 2.0
| 0.8
| 0.4
| 通过计算,该反应的平衡常数为: 。 (4)工业上把水煤气中的混合气体处理后,获得较纯的H2用于合成氨: N2(g)+3H2(g)一定条件下2NH3(g) △H= —92.4kJ/mol某同学在不同实验条件下模拟化工生产进行实验,N2浓度随时间变化如图:
①与实验I比较,实验II改变的条件为: 。 ②实验III比实验I的温度要高,其它条件相同,请在下图画出实验I和实验III中NH3浓度随时间变化的示意图。
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下表为部分短周期元素化合价及其相应原子半径的数据。请回答下列问题:
(1)元素G在周期中的位置是 ;元素F所形成的常见单质的电子式为 。 (2)A、B、C、E的氢化物稳定性顺序是 。(用化学式回答) (3)分子组成为ACH2的物质在水中会强烈水解,产生使品红溶液褪色的无色气体和一种强酸。该反应的化学方程式是 。 (4)请写出B的单质的一种重要用途 ;工业上制取该单质的原理反应为 。 (5)请设计一个实验方案,使铜和A的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液反应,得到蓝色溶液和氢气。请在方框内绘出该实验方案原理装置示意图。
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下列关于硅元素的说法,不正确的是A.光导纤维的主要成分是二氧化硅 | B.二氧化硅可以和水直接反应来制取硅酸 | C.硅可用作太阳能电池 | D.硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂等的原料 |
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硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法,该制备过程示意如下:
(1)焦炭在过程Ⅰ中作______剂。 (2)过程Ⅱ中的Cl2用电解饱和食盐水制备,制备Cl2的化学方程式是 。 (3)整个制备过程必须严格控制无水。 ①SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸,反应的化学方程式是 。 ②干燥Cl2时,从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑,需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃,然后再通入到浓H2SO4中。冷却的作用是 。 (4)Zn还原SiCl4的反应如下: 反应1: 400℃~756℃ ,SiCl4(g) + 2Zn(l) Si(s) + 2ZnCl2(l) ΔH1 <0 反应2: 756℃~907℃ ,SiCl4(g) + 2Zn(l) Si(s) + 2ZnCl2(g) ΔH2 <0 反应3: 907℃~1410℃,SiCl4(g) + 2Zn(g) Si(s) + 2ZnCl2(g) ΔH3 <0 ① 对于上述三个反应,下列说法合理的是_____。 a.升高温度会提高SiCl4的转化率 b.还原过程需在无氧的气氛中进行 c.增大压强能提高反应的速率 d.Na、Mg可以代替Zn还原SiCl4 ② 实际制备过程选择“反应3”,选择的理由是 。 ③ 已知Zn(l)=Zn(g) ΔH =" +116" KJ/mol 。若SiCl4的转化率均为90%,每投入1mol SiCl4,“反应3”比“反应2”多放出_____kJ的热量。 (5)用硅制作太阳能电池时,为减弱光在硅表面的反射,采用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层。腐蚀剂常用稀HNO3和HF的混合液。硅表面首先形成SiO2,最后转化为H2SiF6。用化学方程式表示SiO2转化为H2SiF6的过程 。 |
能证明碳酸比硅酸酸性强的实验事实是A.H2CO3比H2SiO3受热易分解 | B.高温下能发生反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ | C.CO2能溶于水生成碳酸,而SiO2却不溶于水 | D.CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成 |
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