新的研究表明二甲醚(DME)是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料,二甲醚催化重整制氢的反应过程,主要包括以下几个反应(以下数据为25℃、1.01×105Pa测定):
①CH3OCH3(g) + H2O(l) 2 CH3OH(l) △H=+24.52kJ/mol
②CH3OH(l) + H2O(l) CO2(g) + 3H2(g) △H=+49.01kJ/mol
③CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2(g) △H=-41.17kJ/mol
④CH3OH(l) CO (g) + 2H2(g) △H=+90. 1kJ/mol
请回答下列问题:
(1)写出用二甲醚制H2同时全部转化为CO2时反应的热化学方程式 。
(2)200℃时反应③的平衡常数表达式K= 。
(3)在一常温恒容的密闭容器中,放入一定量的甲醇如④式建立平衡,以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为_______。
A.容器内气体密度保持不变 B.气体的平均相对分子质量保持不变
C.CO的体积分数保持不变 D.CO与H2的物质的量之比保持1:2不变
(4)工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示,
①你认为反应控制的最佳温度应为___________。
A.300~350℃ B.350~400℃
C.400~450℃ D.450~500℃
②在温度达到400℃以后,二甲醚与CO2以几乎相同的变化趋势明显降低,而CO、H2体积分数也以几乎相同的变化趋势升高,分析可能的原因是__________(用相应的化学方程式表示)。
(5)某一体积固定的密闭容器中进行反应②,200℃时达平衡。请在下图补充画出:t1时刻升温,在t1与t2之间某时刻达到平衡;t2时刻添加催化剂,CO2的百分含量随时间变化图像。
(6)一定条件下,如图示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其它有机物),则阴极的电极反应式为 。
【化学选修2-化学与技术】(15分)以硼镁矿(2Mg·B2O3·H2O·SiO2 )及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3 )为原料生产硼酸的工艺流程如下:
(1)由于矿粉中含CaCO3,“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出,应采取的措施为_____。
(2)“浸出液”显酸性,含有H3BO3、Mg2+和SO42-,还含有Fe2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等杂质。“除杂”时,向浸出液中依次加入适量目H2O2和MgO,可以除去的杂质离子为_________,H2O2的作用为_________(用离子方程式表示)。
(3)“浸取”后,采用“热过滤”的目的为_______。
(4)“母液”可用于回收硫酸镁,已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图所示,且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收 MgSO4.H2O,应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩,____。
(5)已知25 ℃时,硼酸( H3BO3)溶液中存在如下平衡:
H3BO3(aq)+H2O(l)[B(OH)4]-(aq)+H+(aq) K=5.7×10-10;
25 ℃时,0.7 mol·L-1硼酸溶液中c(H+)≈ mol·L-1.
(6)已知25 ℃时:
化学式 |
H2CO3 |
CH3COOH |
电离常数 |
K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11 |
K=1.75×10-5 |
下列说法正确的是_____________(填选项字母)。
A.碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中能观察到有气泡产生
B.碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生
C.等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的pH:前者>后者
D.等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH:前者>后者
(1)人们常用催化剂来选择反应进行的方向。右图所示为一定条件下1mol CH3OH与O2发生反应时,生成CO、CO2或HCHO的能量变化图[反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去]。
①写出1 moL HCHO生成CO的热化学方程式: 。
②CH3OH与O2在有催化剂作用下反应,产物中HCHO比率大大提高的原因是 。
(2)①一定温度下,将N2H4与NO2以体积比为1:1置于10 L定容容器中发生反应
2N2H4(g)+2NO2(g) 3N2(g)+4H2O(l) ΔH<0
下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a.混合气体密度保持不变 b.3v正(NO2)=2v逆(N2)
c.N2H4与NO2体积比保持不变 d.体系压强保持不变
②在某温度下,5L密闭容器中发生上述反应,容器内部分物质的物质的量变化如下表:
物质的量/mol 时间 |
n (N2H4) |
n (NO2) |
n (N2) |
起始 |
2.0 |
3.0 |
0 |
第2min |
1.5 |
a |
0.75 |
第4min |
1.2 |
b |
1.2 |
第6min |
1.0 |
c |
1.5 |
第7min |
1.0 |
c |
1.5 |
请画出该反应中n(NO2)随时间变化曲线,并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO2)随时间变化示意图。计算该温度下反应的平衡常数K(保留2位有效数字,写出计算过程)。
(3)纳米级Cu2O具有优良的催化性能,制取Cu2O的方法有:
①加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2制备纳米级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为 。
②用阴离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米Cu2O,反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑,如图所示。该电解池的阳极反应式为 。
二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质,节能减排,高效利用能源,能够减少二氧化碳的排放。
(1)有一种用CO2生产甲醇燃料的方法:
已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-a kJ·mol-1;
CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=-b kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-c kJ·mol-1;
H2O(g)=H2O(l) △H=-d kJ·mol-1,
则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为:_____________________________。
(2)在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中,通入2 molCO2和3mol H2,发生的反应为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-a kJ/mol(a>0), 测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
①能说明该反应已达平衡状态的是________。(选填编号)
A.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
B.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C.单位时间内每消耗1.2mol H2,同时生成0.4molH2O
D.该体系中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1:1,且
保持不变
②计算该温度下此反应的平衡常数K=_______。(保留两位有效数字)。若改变条件 (填选项),可使K=1。
A.增大压强
B.增大反应物浓度
C.降低温度
D.升高温度
E.加入催化剂
(3)某甲醇燃料电池原理如图1所示。
①M区发生反应的电极反应式为_______________________________。
②用上述电池做电源,用图2装置电解饱和食盐水(电极均为惰性电极),则该电解的总反应离子方程式为: 。假设溶液体积为300mL,当溶液的pH值变为13时(在常温下测定),理论上消耗甲醇的质量为______________(忽略溶液体积变化)。
水是重要的自然资源,与人类的发展密切相关。
(1)25℃时,水能按下列方式电离:
H2O+H2OH3O++OH- K1=1.0×10-14
OH-+H2OH3O++O2- K2=1.0×10-36
水中c(O2-) = mol·L-1(填数值)。
(2)水广泛应用于化学反应。将干燥的碘粉与铝粉混合未见反应,滴加一滴水后升起紫色的碘蒸气,最后得到白色固体。有关该实验的解释合理的是 。
A.加水使碘和铝粉形成溶液 | B.水作氧化剂 |
C.碘粉与铝粉反应是放热反应 | D.水作催化剂 |
(3)铁酸铜(CuFe2O4)是很有前景的热化学循环分解水制氢的材料。
ⅰ.某课外小组制备铁酸铜(CuFe2O4)的流程如下:
搅拌Ⅰ所得溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2的物质的量浓度分别为2.6 mol·L-1、 1.3 mol·L-1。
①搅拌Ⅰ所得溶液中Fe元素的存在形式有Fe3+和 (填化学式)。
②搅拌Ⅱ要跟踪操作过程的pH变化。在滴加KOH溶液至pH=4的过程中(假设溶液体积不变),小组同学绘制溶液中c(Fe3+)、c(Cu2+)随pH变化的曲线如下图,其中正确的是 (用“A”、“B”填空)。
(已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39、Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20)
③操作Ⅲ为 、 。
ⅱ.在热化学循环分解水制氢的过程中,铁酸铜(CuFe2O4)先要煅烧成氧缺位体(CuFe2O4-a),氧缺位值(a)越大,活性越高,制氢越容易。
④氧缺位体与水反应制氢的化学方程式为 。
⑤课外小组将铁酸铜样品在N2的气氛中充分煅烧,得氧缺位体的质量为原质量的96.6%,则氧缺位值(a)= 。
X、Y、Z、J、Q五种短周期主族元素,原子序数依次增大,元素Z在地壳中含量最高,J元素的焰色反应呈黄色,Q的最外层电子数与其电子总数比为3:8,X能与J形成离子化合物,且J+的半径大于X—的半径,Y的氧化物是形成酸雨的主要物质之一。请回答:
(1)Q元素在周期表中的位置_______________________;
(2)这五种元素原子半径从大到小的顺序为_________________________________(填元素符号)。
(3)元素的非金属性Z____Q(填“>”或“<”),下列各项中,不能说明这一结论的事实有____(填序号)
A.Q的氢化物的水溶液放置在空气中会变浑浊
B.Z与Q之间形成的化合物中元素的化合价
C.Z和Q的单质的状态
D.Z和Q在周期表中的位置
(4)Q的氢化物与Z的氢化物反应的化学方程式为____________________________________。
(5)X与Y可形成分子A,也可形成阳离子B,A、B在水溶液中酸、碱性恰好相反,写出A的电子式_______________;B的水溶液不呈中性的原因____________________________(用离子方程式表示)。
(6)液态A类似X2Z,也能微弱电离且产生电子数相同的两种离子,则液态A的电离方程式为_______;
(7)若使A按下列途径完全转化为F:
①F的化学式为_________;
②参加反应的A与整个过程中消耗D的物质的量之比为_________。
(15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________溶液(填化学式),阳极电极反应式为__________ ,电解过程中Li+向_____电极迁移(填“A”或“B”)。
(2)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下:
Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为____________________________________,铁渣中铁元素的化合价为___________,在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41g,CO2的体积为1.344L(标准状况),则钴氧化物的化学式为__________。
开发新能源、新材料是实现社会可持续发展的需要。请回答下列问题:
(1)下图是2LiBH4/MgH2体系放氢焓变示意图。
则:Mg(s)+2B(s)=MgB2(s) ΔH= 。
(2)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: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如图所示。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
(3)工业上可采用CO和H2合成再生能源甲醇,其反应的化学方程式为
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
①在一容积可变的密闭容器中,充有10 mol CO和20 mol H2,用于合成甲醇。
CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示:
上述合成甲醇的反应为 反应(填“放热”或“吸热”)。平衡常数KA、KB、KC的大小关系为 。若达到平衡状态A时容器的体积为10 L,则平衡状态B时容器的体积为 L。
②图中虚线为该反应在使用催化剂条件下,起始H2、CO投料比和CO平衡转化率的关系图。当其他条件完全相同时,用实线画出不使用催化剂情况下,起始H2、CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图。
(4)己知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量。关于二甲醚(CH3OCH3)碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池,下列说法正确的是 (填字母)。
A.两种燃料互为同分异构体,分子式和摩尔质量相同,比能量相同
B.两种燃料所含共价键数目相同,断键时所需能量相同,比能量相同
C.两种燃料所含共价键类型不同,断键时所需能量不同,比能量不同
(5)LiFePO4与Li1-xFePO4作为磷酸亚铁锂电池电极材料,充放电过程中,发生LiFePO4与Li1-xFePO4之间的转化,电池放电时负极发生的反应为LixC6-xe-═xLi++6C,写出电池放电时反应的化学方程式 。
(15分)用NH3催化还原NxOy可以消除氮氧化物的污染。
已知:反应I:4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l) △H1
反应II:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) △H2(且|△H1| =2|△H2|)
反应III:4NH3(g)+6NO2(g) 5N2(g)+3O2(g)+6H2O(l) △H3
反应I和反应II在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表
温度/K |
反应I |
反应II |
已知: K2>K1>K2′>K1′ |
298 |
K1 |
K2 |
|
398 |
K1′ |
K2′ |
(1)推测反应III是 反应(填“吸热”或“放热”)
(2)相同条件下,反应I在2L密闭容器内,选用不同的催化剂,反应产生N2的量随时间变化如图所示。
①计算0~4分钟在A催化剂作用下,反应速率v(NO)= 。
②下列说法正确的是 。
A.该反应的活化能大小顺序是:Ea(A)>Ea(B)>Ea(C)
B.增大压强能使反应速率加快,是因为增加了活化分子百分数
C.单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时,说明反应已经达到平衡
D.若在恒容绝热的密闭容器中发生反应,当K值不变时,说明反应已经达到平衡
(3)一定条件下,反应II达到平衡时体系中n(NO) ∶n(O2)∶n(NO2)=2∶1∶2。在其它条件不变时,再充入NO2气体,分析NO2体积分数——φ(NO2)的变化情况:(填“变大”、“变小”或“不变”)恒温恒压容器,φ(NO2) ;恒温恒容容器,φ(NO2) 。
(4)一定温度下,反应III在容积可变的密闭容器中达到平衡,此时容积为3 L,c(N2)与反应时间t变化曲线X如下图所示,若在t1时刻改变一个条件,曲线X变为曲线Y或曲线Z。则:
①变为曲线Y改变的条件是 。变为曲线Z改变的条件是 。
②若t2降低温度,t3达到平衡,请在上图中画出曲线X在t2- t4内c(N2)的变化曲线。
[化学—选修2:化学与技术]化学镀是指使用合适的还原剂,使镀液中的金属离子还原成金属而沉积在镀件表面上的一种镀覆工艺。化学镀广泛用作金属、塑料、玻璃、陶瓷等许多材料的装饰和防护。在ABS工程塑料表面进行化学镀镍的流程如下:
回答下列问题:
(1)化学镀与电镀比较,优点之一是_________。
(2)镀件表面用热碱液清洗的作用是_________,镀件表面粗化的目的是增强亲水性及_________。
(3)镀件浸入AgNO3溶液后,镀件表面吸附的SnCl2将AgNO3还原生成有催化活性的金属银,反应的化学方程式是_________。
(4)镀镍时,镀液中的Ni2+与H2PO2-在催化表面上反应沉积镍,同时生成中强酸H3PO3及与金属镍物质的量相等的氢气,该反应的离子方程式是_________。
(5)化学镀某种金属时,反应时间与镀层厚度的实验数据记录如下表所示:
由此推断,镀层厚度y与反应时间t的关系式为_________;欲使镀层厚度为6anm,需要的反应时间为_________。
(6)化学镀镍废液中含有Ni2+等污染物,需转化为沉淀除去。已知25℃,Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15。若加入碱后使废液的pH=10,则处理后的废液中镍元素的含量为_________mg·L-1。
氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。
(1)传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),ΔH<0
①该反应的平衡常数K的表达式为:K=___________。升高温度,K值______(填“增大”“减小”或“不变”)。
②不同温度、压强下,合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3)。分析表中数据, (填温度和压强)时H2转化率最高,实际工业生产中不选用该条件的主要原因是 。
③下列关于合成氨说法正确是 (填字母)
A.使用催化剂可以提高氮气的转化率
B.寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向
C.由于ΔH<0、ΔS>0,故合成氨反应一定能自发进行
(2)最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于燃料电池的方法。其装置为用铂黑作为电极,加入碱性电解质溶液中,一个电极通入空气,另一电极通入氨气。其电池反应为4NH3+3O2=2N2+6H2O,写出负极电极反应式 。
硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿(PbS)直接制备硫酸铅粉末的流程如下:
已知:(ⅰ)PbCl2(s)+2Cl-(aq) PbCl42-(aq) △H>0
(ⅱ)有关物质的Ksp和沉淀时的pH如下:
Ksp |
|
开始沉淀时pH |
完全沉淀时pH |
|
PbSO4 |
1.08×10-8 |
Fe (OH)3 |
2.7 |
3.7 |
PbCl2 |
1.6×10-5 |
Pb(OH)2 |
6 |
7.04 |
(1)步骤Ⅰ中生成PbCl2的离子方程式_______,加入盐酸控制pH值小于2,原因是_______。
(2)用化学平衡移动原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因______。若原料中FeCl3过量,则步骤Ⅱ得到的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质,溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_______。
(3)写出步骤Ⅲ中PbCl2晶体转化为PbSO4沉淀的离子方程式______。
(4)请用离子方程式解释滤液2加入H2O2可循环利用的原因______。
(5)铅蓄电池的电解液是硫酸,充电后两个电极上沉积的PbSO4分别转化为PbO2和Pb,充电时阴极的电极反应式为_______。
(6)双隔膜电解池的结构示意简图如图所示,利用铅蓄电池电解硫酸钠溶液可以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是____。
A.A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸
B.C1极与铅蓄电池的PbO2电极相接、C2极与铅蓄电池的Pb电极相接
C.当C1极产生标准状况下11.2 L气体时,铅蓄电池的负极增重49g
D.该电解反应的总方程式可以表示为:2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑
我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值,但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。
(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第周期。
(2)某青铜器中、的质量分别为119、20.7,则该青铜器中和原子的数目之比为。
(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在。关于在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是。
A. | 降低了反应的活化能 | B. | 增大了反应的速率 |
C. | 降低了反应的焓变 | D. | 增大了反应的平衡常数 |
(4)采用"局部封闭法"可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状涂在被腐蚀部位,与有害组分发生复分解反应,该化学方程式为。
(5)下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中,负极是(填图中字母""或""或"");
②环境中的扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈,其离子方程式为;
③若生成4.29 ,则理论上耗氧体积为(标准状况)。
(1 6分)钒是一种重要的合金元素,还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物(含有SiO2、
Al2O3及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程如下:
部分含钒化合物在水中的溶解性如下表:
请回答下列问题:
(1)反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有
(2)反应②碱浸后滤出的固体主要成分是 (写化学式)。
(3)反应④的离子方程式为
(4)250C、101 kPa时,
用V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是 。
(5)钒液流电池(如图所示)具有广阔的应用领域和市场前景,该电池中隔膜只允许H+通过。电池放电时负极的电极反应式为 ,电池充电时阳极的电极反应式是 。
(6)用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液,以测定反应①后溶液中的含钒量,反应的离子方程式为:2 VO2++ H2C2O4+2 H+="2" VO2++2CO2↑+2H2O,取25.00 mL 0.1000 mol/L H2C2O4标准溶液于锥形瓶中,加入指示剂,将待测液盛放在滴定管中,滴定到终点时消耗待测液24.0 mL,由此可知,该(V02)2S04溶液中钒的含量为 g/L。
乙烯是来自石油的重要有机化工原料,其产量通常用来衡量一个国家的石油化工发展水平。结合以下路线回答:
已知:
(1)写出A的电子式 。
(2)反应II的化学方程式是__________。
(3)D为高分子化合物,可以用来制造多种包装材料,其结构简式是__________。
(4)E是有香味的物质,在实验室用下图装置制取。
①反应IV的化学方程式是__________,该反应类型为______。
②该装置图中有一个明显的错误是 。
(5)为了证明浓硫酸在反应IV中起到了催化剂和吸水剂的作用,某同学利用上图改进后装置进行了以下4个实验。实验开始先用酒精灯微热3min,再加热使之微微沸腾3min。实验结束后充分振荡小试管乙再测有机层的厚度,实验记录如下:
实验编号 |
试管甲中试剂 |
试管乙中试剂 |
有机层的厚度/cm |
A |
2 mL乙醇、1 mL乙酸、 1mL18mol·L-1浓硫酸 |
饱和Na2CO3溶液 |
3.0 |
B |
2 mL乙醇、1 mL乙酸 |
0.1 |
|
C |
2 mL乙醇、1 mL乙酸、 3 mL 2mol·L-1 H2SO4 |
0.6 |
|
D |
2 mL乙醇、1 mL乙酸、盐酸 |
0.6 |
①实验D的目的是与实验C相对照,证明H+对酯化反应具有催化作用。实验D中应加入盐酸的体积和浓度分别是3mL和_____mol·L-1。
②分析实验 (填实验编号)的数据,可以推测出浓H2SO4的吸水性提高了乙酸乙酯的产率。
试题篮
()