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高中化学

(16分)合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。
(1)已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.2kJ·mol-1。在一定条件下反应时,当生成标准状况下33.6LNH3时,放出的热量为           
(2)合成氨混合体系在平衡状态时NH3的百分含量与温度的关系如下图所示。由图可知:

①温度T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1     K2 (填“>”或“<”)。若在恒温、恒压条件下,向平衡体系中通入氦气,平衡     移动、(填“向左”、“向右”或“不”)。
②T2温度时,在1L的密闭容器中加入2.1mol N2、l.5molH2,经10min达到平衡,则v(H2)=         。达到平衡后,如果再向该容器内通入N2、H2、NH3各0.4mol,则平衡     移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
(3)工业上用CO2和NH3反应生成尿素:CO2(g)+2NH3(g)H2O(1)+CO(NH2)2(1) △H,
在一定压强下测得如下数据:

①则该反应△H   0,表中数据a   d,b   f(均选填“>”、‘‘=”或“<”)。
②从尿素合成塔内出来的气体中仍含有一定量的CO2、NH3,应如何处理            

  • 题型:未知
  • 难度:未知

(本题16分)工业上利用CO2和H2在一定条件下反应合成甲醇。
(1)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g)   ΔH=-1275.6 kJ/mol
②2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g)  ΔH=-566.0 kJ/mol
③H2O(g) = H2O(l)  ΔH=-44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:____________ ________
(2)甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。回答下列问题:

①脱氢反应的△H_____0,600K时,Y点甲醇的υ(正) _____υ(逆)(填“>”或“<”)
②从Y点到X点可采取的措施是_______________________________________________。
③有同学计算得到在t1K时,该反应的平衡常数为8.1mol·L-1。你认为正确吗?请说明理由__________________________________________________________________________。
(3)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。在相同的密闭容器中,使用不同方法制得的Cu2O(Ⅰ)和(Ⅱ)分别进行催化CH3-OH的脱氢实验:
CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)
CH3OH的浓度(mol·L-1)随时间t (min)变化如下表:

序号
温度
0
10
20
30
40
50

T1
0.050
0.0492
0.0486
0.0482
0.0480
0.0480

T1
0.050
0.0488
0.0484
0.0480
0.0480
0.0480

T2
0.10
0.094
0.090
0.090
0.090
0.090

可以判断:实验①的前20 min的平均反应速率 ν(H2)=              ;实验温度T1   T2(填“>”、“<”);催化剂的催化效率:实验①   实验②(填“>”、“<”)。
(4)用CH3-OH、空气、KOH溶液和石墨电极可构成燃料电池。则该电池的负极反应式为:
___________________________________________。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

某科研人员设计出将硫酸渣(主要成分Fe2O3,含有少量的SiO2等杂质)再利用的流程。流程中的滤液经过多次循环后用来后续制备氧化铁粉末。
 
(1)为了加快反应①的反应速率,可采用的措施是            。(写出一点即可)
(2)“还原”是将Fe3转化为Fe2。在温度T1 、T2(T1 >T2)下进行该反应,通过检测相同时间内溶液的pH,绘制pH随时间的变化曲线如右图所示。得出结论:该反应的温度不宜过高。
①通入SO2气体“还原”时, 试解释pH下降的原因是        
②相同时间内,T1温度下溶液的pH更高的原因是         
(3)该流程中循环使用的物质是       
(4)为测定反应①后溶液中Fe3的浓度以控制加入SO2的量。实验步骤为:准确量取20.00ml的反应后溶液,稀释成100mL溶液,取10.00 mL溶液,加入足量的KI晶体和2~3滴淀粉溶液,用0.50mol/L的Na2S2O3溶液与碘反应,当反应恰好完全进行时,共消耗Na2S2O3溶液20.00 mL。有关反应方程式如下:2Fe3+2I=2Fe2+I2;  2Na2S2O3 + I2= Na2S4O6 + 2NaI
试计算原溶液中Fe3的物质的量浓度(写出计算过程)。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

2013年10月我市因台风菲特遭受到重大损失,市疾控中心紧急采购消毒药品,以满足灾后需要。复方过氧化氢消毒剂具有高效、环保、无刺激无残留,其主要成分H2O2是一种无色粘稠液体,请回答下列问题:
(1)下列方程中H2O2所体现的性质与其可以作为消毒剂完全一致的是       
A.BaO2+2HClH2O2+BaCl2
B.Ag2O+H2O2 =2Ag+O2+H2O   
C.2H2O22H2O+O2
D.H2O2+NaCrO2+NaOH=Na2CrO4 +H2O
(2)火箭发射常以液态肼(N2H4)为燃料,液态H2O2为助燃剂。已知:
N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)  △H=" -" 534 kJ·mol-1   
H2O2(1)=H2O(1)+1/2O2(g)  △H=" -" 98.64 kJ·mol-1
H2O(1)=H2O(g)  △H=+44kJ·mol-l
则反应N2H4(1)+2H2O2(1)=N2(g)+4H2O(g)的△H=          
该反应的△S=        0(填“>”或“<”)。
(3)H2O2是一种不稳定易分解的物质。
①如图是H2O2在没有催化剂时反应进程与能量变化图,请在图上画出使用催化剂加快分解速率时能量与进程图

②实验证实,往Na2CO3溶液中加入H2O2也会有气泡产生。已知常温时H2CO3的电离常数分别为Kal=4.3×l0-7,Ka2 =" 5.0" ×l0-11 。Na2CO3溶液中CO32第一步水解常数表达式Khl=      ,常温时Khl的值为            。若在Na2CO3溶液中同时加入少量Na2CO3固体与适当升高溶液温度,则Khl的值
           (填变大、变小、不变或不确定)。
(4)某文献报导了不同金属离子及其浓度对双氧水氧化降解海藻酸钠溶液反应速率的影响,实验结果如图1、图2所示。

注:以上实验均在温度为20℃、w(H2O2)=0.25%、pH=7.12、海藻酸钠溶液浓度为8mg·L-l的条件下进行。图1中曲线a:H2O2;b:H2O2+Cu2+;c:H2O2+Fe2+;d:H2O2+Zn2+;e:H2O2+Mn2+;图2中曲线f:反应时间为1h;g:反应时间为2h;两图中的纵坐标代表海藻酸钠溶液的粘度(海藻酸钠浓度与溶液粘度正相关)。
由上述信息可知,下列叙述错误的是                  (填序号)。
A.锰离子能使该降解反应速率减缓
B.亚铁离子对该降解反应的催化效率比铜离子低      
C.海藻酸钠溶液粘度的变化快慢可反映出其降解反应速率的快慢     
D.一定条件下,铜离子浓度一定时,反应时间越长,海藻酸钠溶液浓度越小

  • 题型:未知
  • 难度:未知

2013年初,雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为: 2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g) +N2(g) 。在密闭容器中发生该反
应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如图所示。据此判断:

①该反应的△H   0(填“>”、“<”)。
②在T2温度下,0~2s内的平均
反应速率v(N2)=" ______________" 。
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高
化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出
c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明该反应进行到t1时刻达到平 衡状态的是   ____ (填代号) 

(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。
例如:

写出CH4 (g)催化还原N2O4(g)生成N2 (g)和H2O (g)的热化学方程式                
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目 的。右图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式
                

  • 题型:未知
  • 难度:未知

纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的三种方法:

方法Ⅰ
用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ
电解法:2Cu+H2O电解Cu2O+H2
方法Ⅲ
用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2

(1)工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ,其原因是反应条件不易控制,若控温不当易生成       而使Cu2O产率降低。
(2)方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体,每生成1 g该有毒气体,能量变化a kJ,写出制备反应的热化学方程式                               
(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示,该电池的阳极生成Cu2O反应式为       

(4)方法Ⅲ为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米
级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为           
(5)方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼,但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大,      (填操作名称)可分离出颗粒过大的Cu2O。
(6)在相同的密闭容器中,用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:
2H2O(g)2H2(g)+O2(g)   ⊿H>0
水蒸气的浓度(mol·L-1)随时间t (min)变化如下表:

序号
温度
0
10
20
30
40
50

T1
0.050
0.0492
0.0486
0.0482
0.0480
0.0480

T1
0.050
0.0488
0.0484
0.0480
0.0480
0.0480

T2
0.10
0.094
0.090
0.090
0.090
0.090

可以判断:实验①的前20 min的平均反应速率 ν(O2)=              ;实验温度T1   T2(填“>”、“<”);催化剂的催化效率:实验①   实验②(填“>”、“<”)。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

(14分,除标明外,每空2分)在实验室进行工业合成氨的模拟实验:
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)  △H<0。当反应达到平衡后,分离出氨,并按与起始时原料气相同的物质的量之比补充N2、H2,以实现连续生产,各组分物质的量和时间的关系如图所示(容器体积为1 L,各平衡状态时N2物质的量均可视为0.9mol)。

(1)①以NH3的浓度变化表示反应开始至15 min时该反应的平均速率是   (保留三位有效数字)。
②I阶段15 min达到平衡,则I阶段的平衡常数为            ;Ⅱ阶段,达到平衡状态时,代表氢气的曲线上的点的坐标为(         )。
③H2在I、Ⅱ的平衡转化率aI(H2)、a(H2)中较小的是     ,其值是     (保留三位有效数字)。
(2)在甲、乙两容器中分别进行反应N2(g) + 3H22NH3(g),甲容器容积固定,乙容器容积可变。一定温度下,在甲中充入amol N2、b mol H2(3a>b=3),达到平衡时NH3的物质的量为cmol。
①相同温度下,在乙中加入2a mol N2、2b mol H2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时NH3的物质的量为        mol(填字母序号,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时NH3的物质的量为         mol。

A.大于2c B.等于2c C.在c~2c之间 D.等于c E.小于c

②相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入1mo1NH3,要使乙中反皮达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时的相同,则起始时还应加入          (用含a、b的代数式表示)。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

(14分)甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料,分为两阶段制备甲醇:
(i)制备合成气:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) 
(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 
请回答下列问题:
(1)制备合成气:将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应(i);CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100℃时达到平衡的时间为5min,则从反应开始到平衡,用氢气表示的平均反应速率为:v(H2) = 
②图中p1 p2(填“<”、”“>”或“=”)。
③为解决合成气中H2过量而CO不足的问题,原料气中需添加CO2,发生反应如下:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),为了使合成气配比最佳,理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为 
(2)合成甲醇:在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下,向2L的密闭容器中通入1mol CO(g)和2mol H2(g),发生反应(ii),反应过程中,CH3OH的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如图所示。

①反应(ii)需在 (填“高温”或“低温”)才能自发进行。
②据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2 有利于维持Cu2O的量不变,
原因是 (用化学方程式表示)。
③在500℃恒压条件下,请在上图中画出反应体系中n(CH3OH)随时间t变化的总趋势图。
(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为:
CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ,科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是 。 (填“3.5×106Pa”、“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。
②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是 

  • 题型:未知
  • 难度:未知

工业上可利用煤的气化产物(CO和H2)合成二甲醚(CH3OCH3)同时生成二氧化碳,其三步反应如下:
① 2H2 (g)+CO(g)  CH3OH (g)          ΔH= -90.8 kJ·mol-1
② 2CH3OH(g)  CH3OCH3(g)+H2O(g)    ΔH= -23.5 kJ·mol-1
③ CO(g)+H2O(g)  CO2 (g)+H2(g)       ΔH= -41.3 kJ·mol-1
(1)总合成反应的热化学方程式为__________                          _  
(2)一定条件下的密闭容器中,上述总反应达到平衡时,要提高CO的转化率,可以采取的措施是
__________(填字母代号)。
A高温高压           B加入催化剂        C减少CO2的浓度
D增加CO的浓度     E.分离出二甲醚
(3)已知反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在某温度下的平衡常数K = 400。此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:

物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
c / mol·L-1
0.44
0.60
0.60

此时,v (正) _____ v (逆) (填“>”、“<”或“=”);达到平衡后,CH3OCH3的物质的量浓度是_____          

  • 题型:未知
  • 难度:未知

研究碳及其化合物有重要意义。
(1)科学家用CO2和H2生产甲醇做燃料。
已知:甲醇的燃烧热ΔH= -726.5kJ/mol;氢气的燃烧热ΔH= -285.8kJ/mol;
则常温常压下,CO2(g)和H2(g)反应生成CH3OH(l)的热化学方程式            
(2)460℃时,在4L密闭容器中充入1mol CO2和3.25mol H2,在一定条件下反应,测得CO2和CH3OH(g)的物质的量随时间的变化关系如图所示。

①从反应开始到3min时,H2O(g)的平均反应速率                      
②下列措施中既能加快反应速率又能使H2的转化率增大的是           

A.使用更有效的催化剂
B.在原容器中再充入1mol CO2
C.在原容器中再充入1mol He
D.缩小容器的体积

E、将甲醇及时分离出来
③若该反应的焓变为ΔH,则下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________。

④该条件下,此反应的化学平衡常数为               
(3)科学家研究发现,还可以用电催化法将CO2还原为碳氢化合物。原理如下图所示(电解质溶液是一种钾盐)。若CxHy为C2H4,则该原理的总反应式为为:             

(4)已知

化学式
电离平衡常数
HCN
K=4.9×10-10
H2CO3
K1=4.3×10-7、K2=5.6×10-11

①25℃时,测得HCN和NaCN的混合溶液的pH=11,则c(HCN)/c(CN-)=_________。
②向NaCN溶液中通入少量CO2,则发生反应的离子方程式为:________________。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

(10分)(1)恒温,容积为1 L恒容条件下,硫可以发生如下转化,其反应过程和能量关系如图所示(已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1),请回答下列问题:

①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式: ___________________。
②ΔH2=________kJ·mol-1
③在相同条件下,充入1 mol SO3和0.5 mol的O2,则达到平衡时SO3的转化率为________;此时该反应________(填“放出”或“吸收”)________kJ的能量。
(2)中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。
①有效“减碳”的手段之一是节能,下列制氢方法最节能的是________(填序号)。
A.电解水制氢:2H2O2H2↑+O2
B.高温使水分解制氢:2H2O(g)2H2+O2
C.太阳光催化分解水制氢:2H2O2H2↑+O2
D.天然气制氢:CH4+H2O(g)CO+3H2
②CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。从3 min到9 min,v(H2)=________mol·L-1·min-1

③能说明上述反应达到平衡状态的是________(填编号)。
A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)
B.混合气体的密度不随时间的变化而变化
C.单位时间内消耗3 mol H2,同时生成1 mol H2O
D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
(3)工业上,CH3OH也可由CO和H2合成。参考合成反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数。下列说法正确的是________。

温度/℃
0
100
200
300
400
平衡常数
667
13
1.9×10-2
2.4×10-4
1×10-5

A.该反应正反应是放热反应
B.该反应在低温下不能自发进行,高温下可自发进行,说明该反应ΔS<0
C.在T℃时,1 L密闭容器中,投入0.1 mol CO和0.2 mol H2,达到平衡时,CO转化率为50%,则此时的平衡常数为100
D.工业上采用稍高的压强(5 MPa)和250℃,是因为此条件下,原料气转化率最高

  • 题型:未知
  • 难度:未知

I.在容积为2.0L,的密闭容器内,物质D在T℃时发生反应,其反应物和生成物的物质的量随时间t的变化关系如下图,据图同答下列问题:

(1)从反应开始到第一次达到平衡时,A物质的平均反应速率为____________________。
(2)根据上图写出该反应的化学方程式_______________________________________,该反应的平衡常数K=_________________。
(3)第5 min时,升高温度,A、B、D的物质的量变化如上图,则降温,该反应的平衡常数_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
Ⅱ.可逆反应:①X(g)+2Y(g)2Z(g)、②2M(g)N(g)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行,反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示:

请同答下列问题:
(1)达平衡(I)时,X的转化率为___________________。
(2) X(g)+2Y(g)2Z(g)是_________(填“吸”或“放”)热反应。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

运用甲烷自热来制取氢气是目前较为先进的技术。其涉及的反应如下:
①CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H1=+165.0 kJ/mol 反应活化能Ea1="243.9" kJ/mol
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H2=-802.6 kJ/mol 反应活化能Ea2="125.6" kJ/mol
(1)2H2(g) + O2(g)= 2H2O(g)△H3         kJ/mol;
(2)下面能正确表示氢气和氧气反应生成水的能量变化示意图的是    (填字母序号)。

(3)运用甲烷自热来制取氢气是目前较为先进的技术。在同一反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生如上反应①和反应②,则反应开始时,反应①的反应速率    反应②的反应速率(填“>”、“<”或“=”),理由是                       ;从能量角度分析,在该制氢过程中通入适量氧气发生反应②的目的是                      

  • 题型:未知
  • 难度:未知

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视。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,在体积为1 L的密闭容器中,充入lmol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H = —49.0kJ/mo1.
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)该反应的平衡常数为            
(3)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是          
A.升高温度                 B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离     D.再充入lmol CO2和3mol H2
(4)已知在常温常压下:
①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H= —1275.6kJ/mol
②H2O(g)=H2O(1) △H= —44.0kJ/mol
则甲醇的燃烧热化学方程式为:                                  
(5)如果燃烧甲醇会造成大量化学能损失,如果以甲醇和空气为原料,以氢氧化钠为电解质溶液设计成原电池将有很多优点,请书写出该电池的负极反应:___________________
(6)常温下,某水溶液M中存在的离子有:Na+、A、H+、OH。若该溶液M由 pH=3的HA溶液mL与pH=11的NaOH溶液mL混合反应而得,则下列说法中正确的是  __
A.若溶液M呈中性,则溶液M中c(H+)+c(OH)=2×10—7mol·L-1
B.若V1=V2,则溶液M的pH一定等于7
C.若溶液M呈酸性,则V1一定大于V2
D.若溶液M呈碱性,则V1一定小于V2

  • 题型:未知
  • 难度:未知

在50mLH2O2水溶液中加入2g二氧化锰,在标准状况下放出气体的体积与时间的关系如图所示:

(1)该反应还可用____________代替二氧化锰做催化剂加快反应速率。
(2)A、B、C各点所表示的反应速率由快到慢的顺序为_____________________。试解释反应速率变化的原因是___________________。
(3)该H2O2水溶液的物质的量浓度为____________________。

  • 题型:未知
  • 难度:未知

高中化学探究影响化学反应速率的因素填空题