金属钨用途广泛,主要用于制造硬质或耐高温的合金,以及灯泡的灯丝。高温下,在密闭容器中用H2还原WO3可得到金属钨,其总反应为:
WO3 (s) + 3H2 (g) W (s) + 3H2O (g)。
请回答下列问题:
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为___________________________。
(2) 某温度下反应达平衡时,H2与水蒸气的体积比为2:3,则H2的平衡转化率为___________;随温度的升高,H2与水蒸气的体积比减小,则该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)用H2还原WO2也可得到金属钨。已知:
WO2 (s) + 2H2 (g)W (s) + 2H2O (g) ΔH =" +66.0" kJ·mol-1
WO2 (g) + 2H2 (g)W (s) + 2H2O (g) ΔH =" -137.9" kJ·mol-1
则WO2 (s)WO2 (g) 的ΔH = ______________________。
(4)钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发,使灯丝变细,加入I2可延长灯管的使用寿命,其工作原理为:W (s) +2I2 (g) WI4 (g)。下列说法正确的有________________(填序号)。
a.灯管内的I2可循环使用
b.WI4在灯丝上分解,产生的W又沉积在灯丝上
c.WI4在灯管壁上分解,使灯管的寿命延长
d.温度升高时,WI4的分解速率加快,W和I2的化合速率减慢
(本题共12分)
氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:
29.配平反应中各物质的化学计量数,并标明电子转移方向和数目。
30.该反应的氧化剂是 ,其还原产物是 。
31.上述反应进程中能量变化示意图如下,试在图像中用虚线表示在反应中使用催化剂后能量的变化情况。
32.该反应的平衡常数表达式为K= 。升高温度,其平衡常数 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
33.该化学反应速率与反应时间的关系如上图所示,t2时引起v正突变、v逆 渐变的原因是
,t3引起变化的因素为 ,t5时引起v逆大变化、v正小变化的原因是 。
I.已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH
一定温度下,在1.0 L密闭容器中放入1 mol C(s)、1 mol H2O(g)进行反应,反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h |
0 |
1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
20 |
25 |
30 |
总压强p/100 kPa |
4.56 |
5.14 |
5.87 |
6.30 |
7.24 |
8.16 |
8.18 |
8.20 |
8.20 |
回答下列问题:
(1)下列哪些选项可以说明该可逆反应已达平衡状态 。
A.混合气体的密度不再发生改变 B.消耗1 mol H2O(g)的同时生成1 mol H2
C.ΔH不变 D.v正(CO) = v逆(H2)
(2)由总压强P和起始压强P0表示反应体系的总物质的量n总,n总=____ mol;由表中数据计算反应达平衡时,反应物H2O(g)的转化率α =_____(精确到小数点后第二位)。
Ⅱ.硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用。
(1)已知25℃时:xSO2 (g)+2xCO(g)=2xCO2 (g)+Sx (s) ΔH=ax kJ/mol ①
2xCOS(g)+xSO2 (g)=2xCO2 (g)+3Sx (s) ΔH=bx kJ/mol。 ②
则反应COS(g)生成CO(g)、Sx (s)的热化学方程式是 。
(2)向等物质的量浓度Na2S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸至过量。其中H2S、HS−、S2−的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与滴加盐酸体积的关系如图所示(忽略滴加过程H2S气体的逸出)。试分析:
①B曲线代表 分数变化(用微粒符号表示);滴加过程中,溶液中一定成立:
c(Na+)= 。
②M点,溶液中主要涉及的离子方程式 。
汽车尾气是城市的主要空气污染物,研究控制汽车尾气成为保护环境的首要任务。
(1)汽车内燃机工作时发生反应:N2(g) + O2(g)2NO(g),是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。T ℃时,向5L密闭容器中充入6.5 molN2和7.5 molO2,在5 min时反应达到平衡状态,此时容器中NO的物质的量是5 mol。
①5 min内该反应的平均速率υ (NO) = ;在T ℃时,该反应的平衡常数K = 。
②反应开始至达到平衡的过程中,容器中下列各项发生变化的是 (填序号)。
a.混合气体的密度 b.混合气体的压强
c.正反应速率 d.单位时间内,N2和NO的消耗量之比
(2)H2或CO可以催化还原NO以达到消除污染的目的。
已知:N2(g) + O2(g) = 2NO(g) ΔH =" +180.5" kJ·mol-1
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) ΔH =" -571.6" kJ·mol-1
则H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是 。
(3)当质量一定时,增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率。下图表示在其他条件不变时,反应:2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g) + N2(g) 中NO的浓度[c(NO)]随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。
① 该反应的ΔH 0 (填“>”或“<”)。
②若催化剂的表面积S1>S2 ,在下图中画出c(NO) 在T1、 S2 条件下达到平衡过程中的变化曲线。
研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义。
(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566 kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802kJ·mol-1
则CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H= kJ·mol-1
(2)在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。
据图可知,P1、P2、 P3、P4由大到小的顺序 。
在压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡点X,则用CO表示该反应的速率为 。该温度下,反应的平衡常数为 。
(3)CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)来制取。
①在恒温恒容下,如果从反应物出发建立平衡,可认定平衡已达到的是
A.体系压强不再变化 | B.H2与CO的物质的量之比为1 :1 |
C.混合气体的密度保持不变 | D.气体平均相对分子质量为15,且保持不变 |
② 在某密闭容器中同时投入四种物质,2min时达到平衡,测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、
2.2molH2(g)和一定量的C(s),如果此时对体系加压,平衡向 (填“正”或“逆”)反应方向移动,第5min时达到新的平衡,请在下图中画出2~5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。
随着能源与环境问题越来越被人们关注,碳一化学(C1化学)成为研究的热点。“碳一化学”即以单质碳及CO、、、等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺。
(1)将转化成有机物可有效实现碳循环。转化成有机物的例子很多,如:
a. b.
c. d.
在以上属于人工转化的反应中,原子利用率最高的是 (填序号)。
(2)CO可用于合成甲醇。在压强0.1MPa条件下,在体积为bL的密闭容器中充入和,在催化剂作用下合成甲醇:。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图。
①该反应属于 反应(填“吸热”或“放热”)。若一个可逆反应的平衡常数值很大,对此反应的说法正确的是 (填序号)。
a.反应使用催化剂意义不大
b.该反应发生将在很短时间内完成
c.该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小
d.该反应一定是放热反应
②时,该反应的平衡常数 (用的代数式表示)。
(3)二甲醚()被称为21世纪的新型燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。
①工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
a.
b.
c.
总反应:的 。
②对于反应b,在温度和容积不变的条件下,能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
a.
b.容器内压强保持不变
c.的浓度保持不变
d.的消耗速率与的消耗速率之比为
(4)以KOH溶液为电解质,用二甲醚-空气组成燃料,其中负极的电极反应式为 。
(5)C1化合物在治理汽车尾气方面也大有可为,如CO、等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质。写出CO与氮氧化物(NO)在有催化剂的条件下反应的化学方程式
。
近些年来,世界各地频现种种极端天气。二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等是导致极端天气的重要因素,研究这些化合物的综合处理具有重要意义。
(1)工业上可利用二氧化碳和氨气合成尿素,其总反应如下:
2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(l)+H2O(l) ,该反应在 (填“较高温度”或“较低温度”)下能自发进行。
(2)已知合成尿素分两步进行:
第1步:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)
第2步:NH2COONH4(s) CO(NH2)2(l)+ H2O(l)
下列示意图中[a表示2NH3(g)+ CO2(g),b表示NH2COONH4(S),c表示CO(NH2)2(l)+ H2O(l)],能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线的是(填序号) 。
(3)合成尿素过程中,当NH3与CO2的物质的量之比为1:2时,NH3
的转化率随时间的变化关系如图所示。
①A点的逆反应速率v逆(CO2) B点的逆反应速率
v逆 (CO2)(填“﹤”“﹥”或“=”)。
②达到平衡时,CO2的转化率为 。
(4)活性炭可用于处理大气污染物NO,在某1L恒容密闭容器中加入 0.100molNO 和2.030mol固体活性炭(无杂质),生成气体E和气体F。当温度分别在T1℃和T2℃时,测得平衡时各物质的物质的量如下表:
物质 n/mol T/℃ |
活性炭 |
NO |
E |
F |
T1 |
2.000 |
0.040 |
0.030 |
0.030 |
T2 |
2.005 |
0.050 |
0.025 |
0.025 |
①请结合上表数据,写出NO与活性炭反应的化学方程式 。
②上述反应在T1℃时的平衡常数为K1,在T2℃时的平衡常数为K2。计算K1= ,根据题给信息判断,T1和T2的关系是 。
A. T1>T2 B. T1<T2 C.无法比较
③若密闭容器为容积可变,根据化学反应原理,分析增加压强对该反应的影响
。
氢气是一种清洁能。用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如下图所示:
(1)甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是 。
(2)第II步为可逆反应。在800℃时,若CO的起始浓度为2.0 mol/L,水蒸气的起始浓度为3.0 mol/L,达到化学平衡状态后,测得CO2的浓度为1.2 mol/L,则此反应的平衡常数为 ,随着温度升高该反应的化学平衡常数的变化趋势是 。
(3)在恒温恒容密闭容器中进行的第II步反应,下列说法中能表示达到平衡状态的是_______(填序号)。
a.四种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
b. 单位时间内断开amol H-H键的同时断开2a mol O-H键
c. 反应容器中放出的热量不再变化
d. 混合气体的密度不再发生变化
e. 混合气体的压强不再发生变化
(4)某温度下,第II步反应的平衡常数为K=1/9。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2O(g)和CO(g),其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是 。
起始浓度 |
甲 |
乙 |
丙 |
c(H2O)/ mol/L |
0.010 |
0.020 |
0.020 |
c(CO)/ mol/L |
0.010 |
0.010 |
0.020 |
A. 反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
B. 平衡时,甲中和丙中H2O的转化率均是25%
C. 平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.015mol/L
D. 平衡时,乙中H2O的转化率大于25%
(14分)工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如下图所示:
回答下列问题:
(1)在反应器中发生反应的化学方程式是______________。
(2)在膜反应器中发生反应:2HI(g)H2(g)十I2 △H>0。若在一定条件下密闭容器中加入l mol HI(g), n(H2)随时间(t)的变化如图所示:
①该温度下,反应平衡常数K=_______,若升高温度,K值将_______
(填“增大”、“减小”或“不变?’)。
②用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H2的目的是___________________
(3)电渗析装置如下图所示:
①结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是______________________________
②该装置中发生的总反应的化学方程式是________________________
(4)上述工艺流程中循环利用的物质是_________。
化学在能源开发与利用中起着十分重要的作用。
(1)蕴藏在海底的可燃冰是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体.被称之为“未来能源”。在25℃、101 kPa下,1g甲烷完全燃烧生成和液态水时放热55.6 kJ。甲烷燃烧的热化学方程式为 ______:相同条件下,356 g可燃冰(分子式为CH4·9H2O,Mr=178)释放的甲烷气体完全燃烧生成CO2和液态水,放出的热量为_______kJ。
(2)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源,具有清洁、高效的优良性能。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制各二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(Ⅰ)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g) △H1=-90.1kJ•mol-1
(Ⅱ)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-49.0kJ•mol-1
水煤气变换反应:(Ⅲ)CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2 (g) △H3=-41.1kJ•mol-1
二甲醚合成反应:(Ⅳ)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ•mol-1
①分析二甲醚合成反应(iv)对于CO转化率的影响___________________________________。
②由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为:__________________。根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响_________________________________。
(3)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点。若电解质为碱性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为______________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________电子的电量。
含碳化合物在国民经济中占有重要地位。含碳化合物的性质、制备等一直是中学化学研究的焦点。
研究情境一:工业上采用乙苯与CO2脱氢生产重要化工原料苯乙烯 △H=-166kJ·mol-1,平衡常数K
其中乙苯在CO2气氛中的反应可分两步进行。
第一步: ΔH1,平衡常数K1
第二步:H2(g) +CO2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2=-41kJ·mol-1,平衡常数K2
(1)上述第一步反应的ΔH1=____________,K、K1、K2之间的关系是________________。
(2)某化学研究性学习小组模拟工业用乙苯与CO2脱氢生产苯乙烯。在3L固定容积密闭容器内,乙苯与CO2的反应在I、II、III三种不同的条件下进行实验。乙苯、CO2的起始浓度分别为1.0mol·L-1和3.0mol·L-1,其中实验I在T1°C,0.3MPa,而实验II、III分别改变了实验其他条件。乙苯的浓度随时间的变化如图所示。
①实验I 苯乙烯在0—50min的平均反应速率是____________。
②实验III改变的条件可能是_______________________________________________。
③对于实验I,下列叙述能说明乙苯与CO2反应达到平衡的是_______。
a.平衡常数K不再增大 b.CO2的转化率不再增大
c.混合气体的平均相对分子质量不再改变 d.反应物不再转化为生成物
研究情境二:2013年12月14日21时11分,嫦娥三号探测器在月球表面预选着陆区域成功着陆,标志我国已成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家。
(3)下图是某空间站能量转化系统的局部示意图,其中燃料电池采用KOH溶液为电解液。
如果某段时间内氢氧储罐中共收集到67.2L气体(标准状况),则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量是________mol。
(4)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO + O2,同时生成的CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应是:
4OH--4e-=O2↑+2H2O,则阴极反应是__________________。
Ⅰ.由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的 CO2含量并加以开发利用, 引起了各国的普遍重视。工业上有一种方法是用 CO2生产燃料甲醇。一 定条件下发生反应:CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。右图表示该 反应进行过程中能量(单位为 kJ•mol -1)的变化。
(1) 为探究反应原理,现进行如下实验:T1℃时,在体积为 1L 的密闭容器中,充入 1mol CO2和 3mol H2,测得CO2和 CH3OH(g) 的浓度随时间变化如 图所示。从反应开始到平衡,用氢气浓度变化表示的平均反应速率 v(H2) 为 mol•L-1•min-1。
(2)温度变为 T2℃(T1 > T2),平衡常数 K (填“增大”、 “不变”或“减小”)。
(3)下列措施中能使 n(CH3OH)/n(CO2)增大的有
A升高温度 B加入催化剂 C将 H2O(g)从体系中分离
D再充入 1molCO2和 3molH2 E.充入 He(g),使体系总压强增大。
Ⅱ.在温度 t℃,某 NaOH 的稀溶液中 c(H+)=10—amol/L,c(OH—)=10—bmol/L,已知 a+b=12,该温度下水的离子积 Kw= ;t 25℃(填“大于”、“小于”或“等于”)。
向该溶液中逐滴加 pH=c 的盐酸(t℃),测得混合溶液的部分 pH 如右表 所示。假设溶液混合前后的体积变化 忽略不计,则 c 为
Ⅰ.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,该制备过程示意图如下:
(1)焦炭在过程Ⅰ中做 剂。
(2)过程Ⅱ中Cl2用电解饱和食盐水制备,制备Cl2的化学方程式为 。
(3)整过生产过程必须严格控制无水。
①SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸,反应方程式为 。
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) △H1<0
反应②:756℃~907℃,SiCl4(g)+2Zn(l)Si(S)+2ZnCl2(g) △H2<0
反应③:907℃~1410℃,SiCl4(g)+2Zn(g)Si(S)+2ZnCl2(g) △H3<0
i. 反应②的平衡常数表达式为 。
ii. 对于上述三个反应,下列说明合理的是 。
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速率 d.Na、Mg可以代替Zn还原SiCl4
(5)用硅制作太阳能电池时,为减弱光在硅表面的反射,可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,最后转化成H2SiF6。用化学方程式表示SiO2转化为H2SiF6的过程 。
Ⅱ.(1)甲烷、氢气、一氧化碳的燃烧热分别为akJ·mol-1,bkJ·mol-1,ckJ·mol-1,工业上利用天燃气和二氧化碳反应制备合成气(CO、H2),其热化学反应方程式为 。
(2)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.5×10-16,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,三种难溶盐的饱和溶液中,Ag+浓度大小的顺序为 。
工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:CO2+3H2CH3OH+H2O。请回答下列问题:
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示:
|
|
|
|
(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。
①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:
6Ag(s)+O3(g)===3Ag2O(s);△H =" -235.8" kJ/mol;
己知:2 Ag2O(s)===4Ag(s)+O2(g);△H = +62.2kJ/mol;
则反应 2O3(g)= 3O2(g) 的△H = kJ/mol;
②科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产
生,阴极附近的氧气则生成过氧化氢,阴极电极反应式为 。
(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) 某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃) 条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①在10 min~20 min的时间段内,以CO2表示的反应速率为 ;
②写出该反应的平衡常数的表达式K= ;
③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是 (填序号字母);
A.容器内压强保持不变 | B.2v正(NO)=v逆(N2) |
C.容器内CO2的体积分数不变 | D.混合气体的密度保持不变 |
④30 min时改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是 ;
⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率 (填“增大”、“不变”或“减小”)。
试题篮
()