光催化反应和光催化剂是化学反应重点研究领域
I.光催化剂Ag3PO4的制备
在避光条件下,将Na2HPO4溶液滴加到AgNO3溶液中,持续搅拌6h;抽滤,于60℃下真空干燥12h,即得到Ag3PO4。
(1)制备的反应化学方程式为___________
(2)避光的原因是___________
(3)实验中选择Na2HPO4溶液,而不选择NaH2PO4溶液作为沉淀剂的理由是___________
II.催化性能研究
实验时分别用Ag3PO4和WO3单独作为催化剂,以及Ag3PO4和WO3复合物作为催化剂(Ag3PO4质量分数用AW表示),取等量催化剂催化盐酸四环素(TC)分解浓度变化和实验装置如图。
(4)冷凝管2的冷凝水应从___________ 口通入,冷凝管的作用为___________
(5)该实验条件下催化效果最优催化剂是___________
III.光催化机理研究
已知:在光的作用下催化剂的价带(VB)电子(e-)会激发到导带(CB),从而在价带(VB)留下空穴(h+)在实验II的基础上,选择最优催化剂并且额外添加分别捕获羟基自由基(·OH)、超氧自由基(O·)和空穴(h+)的捕获剂进行实验,60min时,TC降解率分别为54%、75%、17%。
(6)使用最优催化剂时TC最主要被___________ (填“·OH”“O”或者“h+”)降解
(7)产生羟基自由基(·OH)的反应方程式为___________
I.光催化剂Ag3PO4的制备
在避光条件下,将Na2HPO4溶液滴加到AgNO3溶液中,持续搅拌6h;抽滤,于60℃下真空干燥12h,即得到Ag3PO4。
(1)制备的反应化学方程式为
(2)避光的原因是
(3)实验中选择Na2HPO4溶液,而不选择NaH2PO4溶液作为沉淀剂的理由是
II.催化性能研究
实验时分别用Ag3PO4和WO3单独作为催化剂,以及Ag3PO4和WO3复合物作为催化剂(Ag3PO4质量分数用AW表示),取等量催化剂催化盐酸四环素(TC)分解浓度变化和实验装置如图。
(4)冷凝管2的冷凝水应从
(5)该实验条件下催化效果最优催化剂是
III.光催化机理研究
已知:在光的作用下催化剂的价带(VB)电子(e-)会激发到导带(CB),从而在价带(VB)留下空穴(h+)在实验II的基础上,选择最优催化剂并且额外添加分别捕获羟基自由基(·OH)、超氧自由基(O·)和空穴(h+)的捕获剂进行实验,60min时,TC降解率分别为54%、75%、17%。
(6)使用最优催化剂时TC最主要被
(7)产生羟基自由基(·OH)的反应方程式为
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更新时间:2023-05-31 23:18:14
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解题方法
【推荐1】研究含硫物质的循环,是能源开发和利用的重要途径之一。
(1)研究人员利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储,过程如下:
①反应Ⅰ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ•mol -1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH3=-297 kJ•mol -1
反应Ⅱ的热化学方程式为________ 。
②对于反应Ⅱ,将投料比【n(SO2):n(H2O)】为 3:2 的混合气体充入恒容的密闭容器中, 在不同压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是___
A.p2>p1,反应Ⅱ的ΔS < 0
B.使用合适催化剂可以提高 H2SO4在平衡体系中物质的量分数
C.其他条件相同时,投料比【n(SO2):n(H2O)】改变为 2:1,可提高 SO2的平衡转化率
D.当容器内气体的密度不变时,可判断反应达到平衡状态
E.温度升高,有利于反应速率加快,SO2的平衡转化率提高,K 值变小
(2)“硫碘循环”法是分解水制氢气的研究热点,涉及下列三个反应:
反应A:SO2(g) + I2(aq) + 2H2O(l) = 2HI(aq) + H2SO4(aq)
反应B:2HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g)
反应C:2H2SO4(g) ⇌ 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g)
①某温度下将 1mol HI 充入密闭容器中发生反应B,达到第 1 次平衡后,用选择性膜完全分离出 H2,达到第 2 次平衡后再次分离H2,重复多次,平衡时 n(HI)如下表:
归纳出分离 H2的次数对 HI 转化率的影响________ 。第 2 次平衡时 I2的物质的量为 n(I2)=_____ mol;
②反应 A 发生时,溶液中同时存在以下化学平衡: I2(aq) + I‑(aq)⇌ (aq),其反应速率极快且平衡常数很大。现将 1mol SO2缓缓通入含 1 mol I2的水溶液中恰好完全反应。请在下图中画出溶液中的物质的量 n( I3- )随反应时间 t 变化的曲线图____ 。
(1)研究人员利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储,过程如下:
①反应Ⅰ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ•mol -1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH3=-297 kJ•mol -1
反应Ⅱ的热化学方程式为
②对于反应Ⅱ,将投料比【n(SO2):n(H2O)】为 3:2 的混合气体充入恒容的密闭容器中, 在不同压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是
A.p2>p1,反应Ⅱ的ΔS < 0
B.使用合适催化剂可以提高 H2SO4在平衡体系中物质的量分数
C.其他条件相同时,投料比【n(SO2):n(H2O)】改变为 2:1,可提高 SO2的平衡转化率
D.当容器内气体的密度不变时,可判断反应达到平衡状态
E.温度升高,有利于反应速率加快,SO2的平衡转化率提高,K 值变小
(2)“硫碘循环”法是分解水制氢气的研究热点,涉及下列三个反应:
反应A:SO2(g) + I2(aq) + 2H2O(l) = 2HI(aq) + H2SO4(aq)
反应B:2HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g)
反应C:2H2SO4(g) ⇌ 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g)
①某温度下将 1mol HI 充入密闭容器中发生反应B,达到第 1 次平衡后,用选择性膜完全分离出 H2,达到第 2 次平衡后再次分离H2,重复多次,平衡时 n(HI)如下表:
达到平衡的次数 | 第 1 次 | 第 2 次 | 第 3 次 | 第 4 次 | 第 5 次 | …… |
n(HI)/mol | 0.78 | 0.67 | 0.60 | 0.55 | 0.51 | …… |
归纳出分离 H2的次数对 HI 转化率的影响
②反应 A 发生时,溶液中同时存在以下化学平衡: I2(aq) + I‑(aq)⇌ (aq),其反应速率极快且平衡常数很大。现将 1mol SO2缓缓通入含 1 mol I2的水溶液中恰好完全反应。请在下图中画出溶液中的物质的量 n( I3- )随反应时间 t 变化的曲线图
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解答题-实验探究题
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解题方法
【推荐2】某化学课外小组的同学准备通过实验探究,加深对化学反应速率和化学反应限度的认识。
实验一:探究温度和浓度对反应速率的影响
实验原理及方案:在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘,生成的碘可用淀粉溶液检验,根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。
(1)上述表格中:V1=____ mL,V2=____ mL。
实验二:探究KI和FeCl3混合时生成KCl、I2和FeCl2的反应存在一定的限度。
实验步骤:
i.向5mL,0.01mol/LKI溶液中滴加5~6滴0.01mol/LFeCl3溶液,充分反应后,将所得溶液分成甲、乙两等份;
ii.向甲中滴加CCl4,充分振荡;
iii.向乙中滴加KSCN。
请回答下列问题:
(2)KI和FeCl3在溶液中反应的离子方程式为:2I-+2Fe3+I2(溶液)+2Fe2+,写出该反应的平衡常数K的表达式___ 。
(3)步骤和iii中的实验现象说明KI和FeCl3混合时生成KCl、I2和FeCl2的反应存在一定的限度,则步骤ii中的实验现象是____ ,且步骤iii中的实验现象是____ 。
实验三:对铝片与相同H+浓度的盐酸和硫酸在同温同压下反应时,铝和盐酸反应速率更快的原因探究。填写下列空白:
①该同学认为:由于预先控制了反应的其他条件,那么,两次实验时反应的速率不一样的原因,只有以下五种可能:
原因I:Cl-对反应具有促进作用,而SO对反应没有影响;
原因II:Cl-对反应没有影响,而SO对反应具有阻碍作用;
(4)原因III:____ ;
原因IV:Cl-、SO均对反应具有促进作用,但Cl-影响更大;
(5)原因V:_____ 。
②该同学设计并进行了两组实验,即得出了正确结论。他取了两片等质量、外形和组成相同、表面经过砂纸充分打磨的铝片,分别放入到盛有同体积、c(H+)相同的稀硫酸和盐酸的试管(两试管的规格相同)中:
a.在盛有硫酸的试管中加入少量NaCl或KCl固体,观察反应速率是否变化;
b.在盛有盐酸的试管中加入少量Na2SO4或K2SO4固体,观察反应速率是否变化。
(6)若原因I是正确的,则应观察到的现象是:实验a中____ ,实验b中____ 。
实验一:探究温度和浓度对反应速率的影响
实验原理及方案:在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘,生成的碘可用淀粉溶液检验,根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。
实验序号 | 0.01mol/LKIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL | 0.01mol/LNa2SO3溶液的体积/mL | 水的体积/mL | 实验温度/℃ | 出现蓝色的时间/s |
① | 5 | 5 | V1 | 0 | |
② | 5 | 5 | 40 | 25 | |
③ | 5 | V2 | 35 | 25 |
实验二:探究KI和FeCl3混合时生成KCl、I2和FeCl2的反应存在一定的限度。
实验步骤:
i.向5mL,0.01mol/LKI溶液中滴加5~6滴0.01mol/LFeCl3溶液,充分反应后,将所得溶液分成甲、乙两等份;
ii.向甲中滴加CCl4,充分振荡;
iii.向乙中滴加KSCN。
请回答下列问题:
(2)KI和FeCl3在溶液中反应的离子方程式为:2I-+2Fe3+I2(溶液)+2Fe2+,写出该反应的平衡常数K的表达式
(3)步骤和iii中的实验现象说明KI和FeCl3混合时生成KCl、I2和FeCl2的反应存在一定的限度,则步骤ii中的实验现象是
实验三:对铝片与相同H+浓度的盐酸和硫酸在同温同压下反应时,铝和盐酸反应速率更快的原因探究。填写下列空白:
①该同学认为:由于预先控制了反应的其他条件,那么,两次实验时反应的速率不一样的原因,只有以下五种可能:
原因I:Cl-对反应具有促进作用,而SO对反应没有影响;
原因II:Cl-对反应没有影响,而SO对反应具有阻碍作用;
(4)原因III:
原因IV:Cl-、SO均对反应具有促进作用,但Cl-影响更大;
(5)原因V:
②该同学设计并进行了两组实验,即得出了正确结论。他取了两片等质量、外形和组成相同、表面经过砂纸充分打磨的铝片,分别放入到盛有同体积、c(H+)相同的稀硫酸和盐酸的试管(两试管的规格相同)中:
a.在盛有硫酸的试管中加入少量NaCl或KCl固体,观察反应速率是否变化;
b.在盛有盐酸的试管中加入少量Na2SO4或K2SO4固体,观察反应速率是否变化。
(6)若原因I是正确的,则应观察到的现象是:实验a中
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解答题-原理综合题
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(0.4)
【推荐3】I.以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ•mol-1
反应II:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
反应III:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0
回答下列问题:
(1)已知反应II低温下自发,则ΔH2____ 0kJ•mol-1(填“﹥”或“﹤”)。
(2)一定条件下,向体积一定的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应,达到平衡时,测定CO2的平衡转化率为60%,CH3OH选择性为50%,求此温度下反应III的平衡常数K=___ 。(CH3OH选择性=×100%)
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CH3OH的平衡产率(图甲)随温度的变化关系如图所示。
①图甲中,压强p1、p2、p3由大到小的顺序为___ ;
②图甲中,一定压强下,CH3OH的平衡产率随温度升高而下降的原因是___ 。
II.(4)某课题组利用CO2在Ni粉催化氢化制甲烷的研究过程如下:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。反应结束后,气体中检测到CH4、H2、CO2、H2O外,还检测到HCOOH。CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量,其他条件不变)
已知:HCOOH是CO2转化为CH4的中间体,即:CO2HCOOHCH4。下列说法正确的是___ (填字母)
A.镍粉反应I和II的催化剂 B.镍粉仅为反应II的催化剂。
C.反应I的活化能大于反应II的活化能 D.增大CO2浓度有利于提高CO2平衡转化率
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ•mol-1
反应II:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
反应III:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0
回答下列问题:
(1)已知反应II低温下自发,则ΔH2
(2)一定条件下,向体积一定的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应,达到平衡时,测定CO2的平衡转化率为60%,CH3OH选择性为50%,求此温度下反应III的平衡常数K=
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CH3OH的平衡产率(图甲)随温度的变化关系如图所示。
①图甲中,压强p1、p2、p3由大到小的顺序为
②图甲中,一定压强下,CH3OH的平衡产率随温度升高而下降的原因是
II.(4)某课题组利用CO2在Ni粉催化氢化制甲烷的研究过程如下:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。反应结束后,气体中检测到CH4、H2、CO2、H2O外,还检测到HCOOH。CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量,其他条件不变)
已知:HCOOH是CO2转化为CH4的中间体,即:CO2HCOOHCH4。下列说法正确的是
A.镍粉反应I和II的催化剂 B.镍粉仅为反应II的催化剂。
C.反应I的活化能大于反应II的活化能 D.增大CO2浓度有利于提高CO2平衡转化率
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解答题-实验探究题
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(0.4)
【推荐1】四氯化锡常温下呈液态,熔点-33℃,沸点144℃,在潮湿的空气中能强烈水解生成金属氧化物并产生有刺激性的白色烟雾,可用作媒染剂、催化剂等。实验室利用下图所示装置制备四氯化锡(夹持装置略)。
回答下列问题:
(1)甲装置中发生反应的离子方程式为___________ ,仪器A的名称是___________ 。
(2)按照气流方向连接装置,接口顺序为___________ 。
(3)实验开始时需向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸,排尽装置中的空气后才能点燃乙处的酒精灯,判断装置中空气已排尽的现象是___________ 。实验结束时,应先停止加热的装置是___________ (填“甲”或“乙”)。
(4)丙装置的作用是___________ ,若没有丙装置,可能发生的化学反应方程式为___________ 。
(5)仪器B的作用是___________ 。
(6)实验制得26.1g ,则至少需向乙中通入标准状况的氯气___________ L。
回答下列问题:
(1)甲装置中发生反应的离子方程式为
(2)按照气流方向连接装置,接口顺序为
(3)实验开始时需向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸,排尽装置中的空气后才能点燃乙处的酒精灯,判断装置中空气已排尽的现象是
(4)丙装置的作用是
(5)仪器B的作用是
(6)实验制得26.1g ,则至少需向乙中通入标准状况的氯气
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解答题-工业流程题
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(0.4)
解题方法
【推荐2】某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如图工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4•6H2O):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
回答下列问题:
(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是①溶解铝及其氧化物,②_______ 。
(2)“转化”过程中反应的离子方程式为_______ ,c(H2O2)随时间t的变化关系如图所示,反应开始10~20min内c(H2O2)迅速减小,原因可能是_______ (不考虑溶液温度变化)。
(3)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=_______ 。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0mol•L-1,则“调pH”应控制的pH范围是_______ 。
(4)硫酸镍结晶水合物的形态与温度的关系如表。
从滤液⑤中获得稳定NiSO4•6H2O晶体的操作1依次是蒸发浓缩、_______ 、过滤、洗涤、干燥。
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
金属离子 | Ni2+ | Al3+ | Fe3+ | Fe2+ |
开始沉淀时(c=0.01mol•L-1)的pH | 7.2 | 3.7 | 2.2 | 7.5 |
沉淀完全时(c=1.0×10-5mol•L-1)的pH | 8.7 | 4.7 | 3.2 | 9.0 |
(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是①溶解铝及其氧化物,②
(2)“转化”过程中反应的离子方程式为
(3)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=
(4)硫酸镍结晶水合物的形态与温度的关系如表。
温度 | 低于30.8℃ | 30.8℃~53.8℃ | 53.8℃~280℃ | 高于280℃ |
晶体形态 | NiSO4•7H2O | NiSO4•6H2O | 多种结晶水合物 | NiSO4 |
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解答题-实验探究题
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【推荐3】外观与氯化钠相似的亚硝酸钠()在生活中应用广泛。
已知:,
I.某学习小组设计如图装置制备亚硝酸钠(夹持装置已省略)
(1)仪器a的名称为________ 。
(2)装量B、C、E中的试制可选择________ 。
A.水、浓硫酸、浓硫酸
B.酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、氢氧化钠溶液
C.水、浓硫酸、氢氧化钠溶液
(3)反应开始时先打开止水夹K,通入氮气至F中产生大量气泡,该操作的目的是__________ 。
(4)装置D中的实验现象是____________ 。
(5)装置F中发生反应的离子方程式为______________ 。
Ⅱ.工业上可以用烧碱溶液吸收硝酸厂的尾气制得亚硝酸钠。某学习小组设计如下实验方案测定该产品中亚硝酸钠的质量分数。
取1.500 g产品配成250 mL溶液,取25.00 mL溶液于锥形瓶中加入过量的稀硫酸和碘化钾溶液充分反应后,加入适当的指示剂,用标准溶液进行滴定,记录数据如下表。
已知:
(6)合适的指示剂是________ 。
(7)该产品的纯度为________ 。
(8)经过讨论,同学认为该产品中可能含有硝酸钠,它会使测定结果______ (填“偏高”、“偏低”、“无影响”) 。
已知:,
I.某学习小组设计如图装置制备亚硝酸钠(夹持装置已省略)
(1)仪器a的名称为
(2)装量B、C、E中的试制可选择
A.水、浓硫酸、浓硫酸
B.酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、氢氧化钠溶液
C.水、浓硫酸、氢氧化钠溶液
(3)反应开始时先打开止水夹K,通入氮气至F中产生大量气泡,该操作的目的是
(4)装置D中的实验现象是
(5)装置F中发生反应的离子方程式为
Ⅱ.工业上可以用烧碱溶液吸收硝酸厂的尾气制得亚硝酸钠。某学习小组设计如下实验方案测定该产品中亚硝酸钠的质量分数。
取1.500 g产品配成250 mL溶液,取25.00 mL溶液于锥形瓶中加入过量的稀硫酸和碘化钾溶液充分反应后,加入适当的指示剂,用标准溶液进行滴定,记录数据如下表。
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
标准溶液体积/mL | 20.02 | 19.98 | 20.00 |
(6)合适的指示剂是
(7)该产品的纯度为
(8)经过讨论,同学认为该产品中可能含有硝酸钠,它会使测定结果
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