目前正在研究和已经使用的储氢合金有镁系合金、稀土系合金等。
(1)工业上用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键工艺之一,一种氯化镁晶体脱水的方法是:先将MgCl2·6H2O转化为MgCl2·NH4C1·nNH3(铵镁复盐),然后在700℃脱氨得到无水氯化镁,脱氨反应的化学方程式为 ____________。
(2)储氢材料Mg(AlH4)2在110~200℃的反应为:Mg(AlH4)2=MgH2+2Al+3H2↑。生成2.7gAl时,产生的H2在标准状况下的体积为______________L。
(3)采用球磨法制备Al与LiBH4的复合材料,并对Al-LiBH4体系与水反应产氢的特性进行下列研究:
①下图为25℃水浴时每克不同配比的Al-LiBH4复合材料与水反应产生H2体积随时间变化关系图。由下图可知,下列说法正确的是_______________(填字母)。
a.25℃时,纯铝与水不反应
b.25℃时,纯LiBH4与水反应产生氢气
c.25℃时,Al-LiBH4复合材料中LiBH4含量越高,1000s内产生氢气的体积越大
②下图为25℃和75℃时,Al-LiBH4复合材料[w(LiBH4)=25%]与水反应一定时间后产物的X-射线衍射图谱(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。
从图中可知,25℃时Al-LiBH4复合材料中与水完全反应的物质是______________(填化学式)。
(4)储氢还可借助有机物,如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢:
①某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,起始浓度为a mol·L-1,平衡时苯的浓度为b mol·L-1,该反应的平衡常数K=_______________。
②一定条件下,下图装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其它有机物)。生成目标产物的电极反应式为_______________。
甲醇是一种新型的能源。(共12分)
(1)合成气(组成为H2和CO)是生产甲醇的重要原料,请写出由焦炭和水在高温下制取合成气的化学方程式 。
(2)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1,则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 ;
(3)在T1温度时,将1 mol CO和2mol H2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为 ;
(4)在容积为l L的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇。在其他条件不变的情况下,考查温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300℃);下列说法正确的是 (填序号)
A.温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲 醇的平均速率为v(CH3OH)=(mol·L-1·min-1) |
B.该反应在T1时c(CH3OH)与c2(H2)×c(CO)的比值比T2时c(CH3OH)与c2(H2)×c(CO)的比值大 |
C.该反应为吸热反应 |
D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时减小 |
(14分)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制取硫酸,其烧渣可用来炼铁。
(1)煅烧硫铁矿时发生反应:FeS2+O2―→Fe2O3+SO2(未配平)。当产生448 L(标准状况)SO2时,消耗O2的物质的量为____________。
(2)Fe2O3用CO还原焙烧的过程中,反应物、生成物和温度之间的关系如图所示。
(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的;A、B、C、D四个区域分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域)
已知:3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g);ΔH1=a kJ·mol-1
Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g);ΔH2=b kJ·mol-1
FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g);ΔH3=c kJ·mol-1
① 反应Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)的ΔH=____________kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
②800 ℃时,混合气体中CO2体积分数为40%时,Fe2O3用CO还原焙烧反应的化学方程式为__________________。
③ 据图分析,下列说法正确的是___________ (填字母)。
a. 温度低于570℃时,Fe2O3还原焙烧的产物中不含FeO
b. 温度越高,Fe2O3还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高
c. Fe2O3还原焙烧过程中及时除去CO2有利于提高Fe的产率
(3) FeS2是Li/FeS2电池(示意图如图)的正极活性物质。
①FeSO4、Na2S2O3、S及H2O在200 ℃时以等物质的量连续反应24 h后得到FeS2。写出该反应的离子方程式: 。
②Li/FeS2电池的负极是金属Li,电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应为FeS2+4Li===Fe+4Li++2S2-。该反应可认为分两步进行:第1步,FeS2+2Li===2Li++FeS22-,则第2步正极的电极反应式为____________________。
(14分) 二氧化碳与氢气催化合成甲醇,发生的反应为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
(1)已知:
化学键 |
H-H |
C-O |
C=O |
H-O |
C-H |
键能/kJ·mol-1 |
436 |
326 |
803 |
464 |
414 |
计算上述反应的△H= kJ.mol-1。
(2)一定条件下,将n(CO2):n(H2)=1:1的混合气充入恒温恒容密闭容器中,下列事实可以说明该反应已达平衡的是 (填选项字母)。
A.容器内气体密度保持不变
B.CO2的体积分数保持不变
C.H2O(g)与CO2(g)的生成速率之比为1∶1
D.该反应的平衡常数保持不变
E.混合气体的平均相对分子质量不变
F.容器中压强保持不变
(3)一定条件下,往2L恒容密闭容器中充入1.2molCO2和3.6molH2,在不同催化剂作用下的反应I、反应II与反应III,相同时间内CO2转化率随温度变化的数据如表所示,据表中数据绘制“图1”:
相同时间内CO2转化率 |
T1 |
T2 |
T3 |
T4 |
T5 |
反应Ⅰ |
65% |
77% |
80% |
80% |
66.67% |
反应Ⅱ |
56% |
67% |
76% |
80% |
66.67% |
反应Ⅲ |
48% |
62% |
72% |
80% |
66.67% |
(T5时,图1中C点转化率为66.67%,即转化了2/3)
①催化剂效果最佳的反应是 (填“反应I”,“反应II”,“反应III”)。
②T3的b点v(正) v(逆)(填 “>”, “<”, “="”" )。
③T4的a点转化率比T5的c点高的原因是 。
④在温度为T5时,该反应的平衡常数K= 。
⑤在温度为T5时,CH3OH的浓度随时间变化的趋势如“图2”所示。
当时间到达t1时,将生成的甲醇和水同时除去,并维持该温度,在 t2时达新平衡。
请在“图2”中画出t1时刻后CH3OH的浓度变化总趋势曲线。
煤是一种重要的化工原料,人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
(1)已知:
①C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ·mol﹣1
②CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g) △H=+41.3kJ·mol﹣1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为 。
该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下有利于正向自发进行.
(2)有人利用炭还原法处理氮氧化物,发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g).向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在T1℃时,不同时间测得各物质的浓度如下表所示:
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
NO |
1.00 |
0.68 |
0.50 |
0.50 |
0.60 |
0.60 |
N2 |
0 |
0.16 |
0.25 |
0.25 |
0.30 |
0.30 |
CO2 |
0 |
0.16 |
0.25 |
0.25 |
0.30 |
0.30 |
①10~20min内,N2的平均反应速率v(N2)= .
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是__________(填字母序号).
A.通入一定量的NO B.加入一定量的活性炭
C.加入合适的催化剂 D.适当缩小容器的体积
(3)研究表明:反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/℃ |
400 |
500 |
800 |
平衡常数K |
9.94 |
9 |
1 |
若反应在500℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.020mol·L﹣1,在该条件下达到平衡时,CO的转化率为 .
(4)用CO做燃料电池电解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意图如图1所示,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极.工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同.
①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为 .
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示,则图中③线表示的是 (填离子符号)的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要 mL 5.0mol·L﹣1 NaOH溶液.
(1)已知某可逆反应mA(g)+nB(g) qC(g)在密闭容器中进行。如图所示反应在不同时间t,温度T和压强P与反应物B的体积分数的关系曲线。根据图象填空:
①化学计量数的关系:m+n_________q;(填“>”.“<”或“=”)
②该反应的正反应为___________反应。(填“吸热”或“放热”)
③升高温度正反应速率 逆反应速率 (填“加快”或者“减慢”)但v正 v逆(填“>”.“<”或“=”)
(2)在FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl的平衡体系中,回答下列问题:(填“正向”、“逆向”、“不”)
①在溶液中加入少量的KSCN固体,平衡 __________移动。
②在溶液中加入少量的KCl固体,平衡 _________移动。
为实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项课题是如何将CO2转化为可利用资源。目前,工业上常用CO2来生产燃料甲醇。现进行如下实验:在体积为l L的密闭恒容容器中,充入l mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ/mol。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
(1)该反应的平衡常数表达式K= ;
(2)从反应开始到平衡时,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)= (注明单位);H2的转化率= ;
(3)下列说法中,能说明上述反应达到平衡状态的是
A.每消耗1mol CO2的同时生成1mol CH3OH
B.CO2、H2、CH3OH和H2O的物质的量的比为1:3:1:1
C.容器中气体的压强不再改变
D.容器中气体的密度不再改变
(4)下列措施中,能使上述平衡状态向正反应方向移动的是
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.使用高效催化剂
D.恒温恒容再充入1 molCO2和3 mol H2
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)+2H2 O(g) ΔH=-574 kJ·mol-1
②CH4 (g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2 O(g) ΔH=-1160 kJ·mol-1
③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·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加入一定量的活性炭和NO,恒温条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下
浓度/mol·L-1 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 |
①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是_______
A.容器内CO2的浓度保持不变
B.v正(N2)="2" v正(NO)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
E.混合气体的平均相对分子质量保持不变
②在该温度下时.该反应的平衡常数为 (保留两位小数);
③在30 min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是_____________。
(3)合成塔失去活性的铬锌触媒可用于制备锌锰电池。在碱性条件下,该电池的总反应为: Zn(s) +2MnO2 (s) +H2O(l) = Zn(OH)2 (s) +Mn2O3(s) ,该电池正极的电极反应式是 。PbO2可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是; 若电解液中不加入Cu(NO3)2这样做的主要缺点是 。
甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,也是一种比较理想的燃料。甲醇在各个领域有着广泛的应用。
(1)实验测得:32 g甲醇在氧气中完全燃烧,生成二氧化碳气体和液态水时释放出726.4 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:________________。
(2)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。下图是一个化学过程的示意图。2CH3OH+3O2+4KOH K2CO3+6H2O
①A(石墨)电极的名称是 。
②通入O2的电极的电极反应式是 。
③写出通入CH3OH的电极的电极反应式是 。
④乙池中反应的化学方程式为 。
⑤当电路中通过0.01mol电子时,丙池溶液的C(H+) = mol/L(忽略电解过程中溶液体积的变化)。
(3)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+ CO(g)CH3OH(g) △H=—90.8 kJ·mol—1。
①在恒温恒容条件下,充入一定量的H2和CO,发生反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)。则该反应达到平衡状态的标志有
a.混合气体的密度保持不变
b.混合气体的总压强保持不变
c.CO的质量分数保持不变
d.甲醇的浓度保持不变
e.v正(H2)= v逆(CH3OH)
f.v(CO)= v(CH3OH)
②要提高反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)中CO的转化率,可以采取的措施是:
a.升温
b.加入催化剂
c.增加CO的浓度
d.加入H2
e.加入惰性气体
f.分离出甲醇
(16分)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3高效,且腐蚀性小。请回答下列问题:(16分)
(1)FeCl3净水的原理是 。FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。
(2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。
①若酸性FeCl2废液中各离子浓度如下:则该溶液的pH约为 。
c(Fe2+)=2.0×10-2mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3mol·L-1, c(Cl-)=5.3×10-2mol·L-1,
②NaClO3能在酸性条件下氧化FeCl2,写出离子方程式:
(3)FeCl3在溶液中分三步水解:
Fe3++H2O Fe(OH)2++H+ K1
Fe(OH)2++H2OFe(OH)2++H+ K2
Fe(OH)++H2OFe(OH)3+H+ K3
以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。
通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氧化铁,离子方程式为: xFe3++yH2OFex(OH)y(3x-y)++yH+
欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。
a.降温 b.加水稀释 c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3
室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。
(4)天津某污水处理厂用氯化铁净化污水的结果如下图所示。
由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为 mg·L-1。
降低大气中CO2的含量及有效地开发利用 CO2,目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.为探究反应原理,现进行如下实验,在一定体积的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=﹣49.0kJ/mol.测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示.
(1)从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= mol/(L•min);
(2)氢气的转化率= ;
(3)下列措施中能使平衡体系中减少的是 .
A.将H2O(g)从体系中分离出去
B.充入He(g),使体系压强增大
C.升高温度
D.再充入1molH2
(4)下列不能表示反应达到平衡状态的是
A.体系压强不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.容器内的温度不再改变
D.混合气体的平均分子质量不再改变
E.V(CO2):V(H2O)=1:1
F.混合气体的总物质的量不再改变
汽车尾气作为空气污染的主要来源之一,其中含有大量的有害物质,包括CO、NOx、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等。对汽车尾气的治理使环境工作者面临了巨大的挑战。试回答下列问题:
(1)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
则由CH4将NO2完成还原成N2,生成CO2和水蒸气的热化学方程式是____________________;
(2)NOx也可被NaOH溶液吸收而生成NaNO3、NaNO2,已知某温度下,HNO2的电离常数Ka=9.7×10-4mol•L-1,NO2-的水解常数为Kh=8.0×10-10mol•L-1,则该温度下水的离子积常数=______(用含Ka、Kh的代数式表示),此时溶液的温度______25℃(“>”、“<”、“=”)。
(3)化工上利用CO合成甲醇,反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-90.8KJ•mol-1。不同温度下,CO的平衡转化率如右图所示:图中T1、T2、T3的高低顺序是________,理由是______。
(4)化工上还可以利用CH3OH生成CH3OCH3。在体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)。
容器编号 |
温度(℃) |
起始物质的量(mol) |
平衡物质的量(mol) |
|
CH3OH |
CH3OCH3 |
H2O |
||
Ⅰ |
387 |
0.20 |
0.080 |
0.080 |
Ⅱ |
207 |
0.20 |
0.090 |
0.090 |
该反应的正反应为________反应(填“吸热”、“放热”),若起始是向容器Ⅰ中充入CH3OH0.15mol、CH3OCH30.15mol和H2O0.10mol,则反应将向_____方向进行(填“正”、“逆”)。
(5)CH3OH燃料电池在便携式通讯设备、汽车等领域有着广泛的应用。已知电池工作时的总反应方程式为:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,电池工作时的示意图如右图所示:
质子穿过交换膜移向_____电极区(填“M”、“N”),负极的电极反应式为________。
Ⅰ:如图所示,甲、乙之间的隔板K和活塞F都可左右移动,甲中充入2molA和1molB,乙中充入2molC和1molHe,此时K停在0处。在一定条件下发生可逆反应:
2A(g)+B(g)2C(g); 反应达到平衡后,再恢复至原温度。回答下列问题:
(1)达到平衡时,隔板K最终停留在0刻度左侧a处,则a的取值范围是 。
(2)若达到平衡时,隔板K最终停留在左侧刻度1处,此时甲容积为2L,反应化学平衡常数为___________。
(3)若达到平衡时,隔板K最终停留在左侧刻度靠近0处, 则乙中可移动活塞F最终停留在右侧的刻度不大于 ;
Ⅱ:若一开始就将K、F固定,其它条件均不变,则达到平衡时:
(4)测得甲中A的转化率为B,则乙中C的转化率为 ;
(5)假设乙、甲两容器中的压强比用D表示,则D的取值范围是 。
I.(1)对反应N2O4(g)2NO2(g) △H>0 ,在温度为T1、 T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。T1 T2(填“>”、“<”或“=”);A、C两点的速率VA VC(同上)。
(2)在100℃时,将0.400mol的NO2气体充入2L真空定容密闭容器中,
每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据:
时间(s) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
n(NO2)/mol |
0.40 |
n1 |
0.26 |
n3 |
n4 |
n(N2O4)/mol |
0.00 |
0.05 |
n2 |
0.08 |
0.08 |
①该反应的平衡常数K的值为 ;
②若在相同情况下最初向该容器充入的是N2O4,要达到上述同样的平衡状态,N2O4的起始浓度是_____________mol/L。
③计算②中条件下达到平衡后混合气体的平均相对分子质量为 ;(结果保留小数点后一位)
II. 在0.5 L的密闭容器中,一定量的H2和N2进行如下化学反应:3H2(g)+N2(g)2NH3(g) △H <0,其化学平衡常数K与温度t的关系如下表。请回答下列问题。
t/℃ |
200 |
300 |
400 |
K |
K1 |
K2 |
0.5 |
④比较K1,K2的大小,K1_________K2(填写“ >”、“=”或“<”)。
⑤在400℃时,当测得NH3和N2、H2的物质的量分别为3mol和1 mol、2 mol时,则该反应的V(H2)正_________ V (H2)逆(填写“>”、“=”或“<”)。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出了高热值的煤炭气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛.生产煤炭气的反应之一是:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) H=+131.4kJ/mol
(1)在容积为3L的密闭容器中发生上述反应,5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L,用H2O表示0~5min的平均反应速率为______________。
(2)关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是___________.
A.CO的含量保持不变
B.v正(H2O)=v正(H2)
C.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)若上述反应在t0时刻达到平衡(如图),在t1时刻改变某一条件,请在图中继续画出t1时刻之后正反应速率随时间的变化:
①缩小容器体积,t2时到达平衡(用实线表示);
②t3时平衡常数K值变大,t4到达平衡(用虚线表示).
(4)在一定条件下用CO和H2可以制得甲醇,CH3OH和CO的燃烧热分别为725.8kJ/mol,283.0kJ/mol,1molH2O(l)变为H2O(g)吸收44.0 kJ的热量,写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式_______________________
(5)如下图所示,以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程.乙池中发生反应的离子方程式为_____________。当甲池中增重16g时,丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为_________g。
试题篮
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