处理、回收利用是环境科学研究的热点课题。回答下列问题:
(1)用于处理大气污染物的反应为。在作用下该反应的具体过程如下左图所示,反应过程中能量变化情况如下右图所示。
总反应:______ ;该总反应的决速步是反应______ (填“①”或“②)”),该判断的理由是___________ 。
(2)已知:的速率方程为为速率常数,只与温度有关。为提高反应速率,可采取的措施是______ (填字母序号)。
A.升温 B.恒容时,再充入 C.恒压时,再充入
(3)在总压为的恒容密闭容器中,充入一定量的和发生上述反应,在不同条件下达到平衡时,在时的转化率与、在时的转化率与的变化曲线如图所示:
①表示的转化率随的变化曲线为曲线___________ (填“Ⅰ”或“Ⅱ”);
②和温度下对应的浓度平衡常数___________ (填“>”或“<”);
③已知:该反应的标准平衡常数,其中为标准压强、和为各组分的平衡分压,则时,该反应的标准平衡常数____ (计算结果保留两位有效数字,物质的量分数)。
(4)间接电解法除。其工作原理如图所示,已知:是一种弱酸。从口中出来的气体是______ (填化学式),电解池的阴极电极反应式为___________ ,用化学方程式表示吸收池中除去的原理:___________ 。
(1)用于处理大气污染物的反应为。在作用下该反应的具体过程如下左图所示,反应过程中能量变化情况如下右图所示。
总反应:
(2)已知:的速率方程为为速率常数,只与温度有关。为提高反应速率,可采取的措施是
A.升温 B.恒容时,再充入 C.恒压时,再充入
(3)在总压为的恒容密闭容器中,充入一定量的和发生上述反应,在不同条件下达到平衡时,在时的转化率与、在时的转化率与的变化曲线如图所示:
①表示的转化率随的变化曲线为曲线
②和温度下对应的浓度平衡常数
③已知:该反应的标准平衡常数,其中为标准压强、和为各组分的平衡分压,则时,该反应的标准平衡常数
(4)间接电解法除。其工作原理如图所示,已知:是一种弱酸。从口中出来的气体是
更新时间:2024-01-08 20:28:15
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解答题-工业流程题
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解题方法
【推荐1】钼(Mo)广泛应用于钢铁、石油、化工、电气和电子技术、医药和农业等领域。某化学兴趣小组利用废钼催化剂(主要成分为MoS2,含少量Cu2S,FeS2)回收Mo并制备钼酸钠晶体,其主要流程如图1所示:
回答下列问题:
(1)空气焙烧的过程中采用如图2所示的“多层逆流焙烧”,其焙烧的优点是____ (任答一点)。
(2)气体1主要成分为____ ,工业上常用____ 吸收。操作1为____ 。
(3)结合图3,判断固体1的成分主要有____ ,CuO、Fe2O3。
(4)钼酸钠是一种新型水处理剂,可以和重金属盐沉淀,则与硫酸铜反应的离子方程式____ 。
(5)还原法制备钼,若利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3,所消耗还原剂的物质的量之比为____ 。
(6)已知Na2MoO4溶液中c(MoO)=0.48mol•L-1,c(CO)=0.040mol•L-1。钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去CO,当BaMoO4开始沉淀时,CO的去除率为95.0%,则Ksp(BaMoO4)=____ 。(已知Ksp(BaCO3)=1.0×10-10,过程中溶液体积变化忽略不计)
(7)钼酸盐的氧化性很弱,只有用强还原剂才能还原,如:在浓盐酸溶液中,用锌做还原剂和钼酸盐溶液反应,最后生成棕色难溶物MoCl3,写出该反应的离子方程式____ 。
回答下列问题:
(1)空气焙烧的过程中采用如图2所示的“多层逆流焙烧”,其焙烧的优点是
(2)气体1主要成分为
(3)结合图3,判断固体1的成分主要有
(4)钼酸钠是一种新型水处理剂,可以和重金属盐沉淀,则与硫酸铜反应的离子方程式
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(6)已知Na2MoO4溶液中c(MoO)=0.48mol•L-1,c(CO)=0.040mol•L-1。钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去CO,当BaMoO4开始沉淀时,CO的去除率为95.0%,则Ksp(BaMoO4)=
(7)钼酸盐的氧化性很弱,只有用强还原剂才能还原,如:在浓盐酸溶液中,用锌做还原剂和钼酸盐溶液反应,最后生成棕色难溶物MoCl3,写出该反应的离子方程式
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解题方法
【推荐2】软锰矿主要成分为MnO2,还含有CaCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质。工业上利用软锰矿制取碳酸锰(MnCO3)流程如下:
其中,还原焙烧主反应为:2MnO2+C=2MnO+CO2↑。根据要求回答问题:
(1)步骤D中Fe2+被氧化,该反应的离子方程式为______________ 。
(2)步骤H的离子方程式为______________ 。
(3)加入Na2S可以除去Pb2+、Al3+等离子。已知Ksp(PbS)=1×10-28,Ksp(MnS)= 1×10-9.6,当溶液中c(Pb2+)=1×10-5mol·L-1时,溶液中c(Mn2+)允许的最大值为______________ 。
(4)pH=0的溶液中,不同价态锰的微粒的能量(△G)如右图。若某种含锰微粒(如Mn3+)的能量处于相邻价态两种微粒(Mn2+和MnO2)能量连线左上方,则该微粒不稳定并发生歧化反应,转化为相邻价态的微粒。
①MnO能否稳定存在于pH=0的溶液中?答:______________ (“能”或“不能”);
②将Mn3+歧化反应设计为原电池,可测定反应平衡常数。电池负极反应为________ ,平衡常数表达式为______________ ;
③实验室可利用以下反应检验Mn2+存在:2Mn2++ 5S2O+ 8H2O → 16H++ 10SO+ 2MnO,确认Mn2+存在的现象是_____________ ;检验时必须控制Mn2+浓度和用量不能过大,否则实验失败。理由是______________ 。
其中,还原焙烧主反应为:2MnO2+C=2MnO+CO2↑。根据要求回答问题:
(1)步骤D中Fe2+被氧化,该反应的离子方程式为
(2)步骤H的离子方程式为
(3)加入Na2S可以除去Pb2+、Al3+等离子。已知Ksp(PbS)=1×10-28,Ksp(MnS)= 1×10-9.6,当溶液中c(Pb2+)=1×10-5mol·L-1时,溶液中c(Mn2+)允许的最大值为
(4)pH=0的溶液中,不同价态锰的微粒的能量(△G)如右图。若某种含锰微粒(如Mn3+)的能量处于相邻价态两种微粒(Mn2+和MnO2)能量连线左上方,则该微粒不稳定并发生歧化反应,转化为相邻价态的微粒。
①MnO能否稳定存在于pH=0的溶液中?答:
②将Mn3+歧化反应设计为原电池,可测定反应平衡常数。电池负极反应为
③实验室可利用以下反应检验Mn2+存在:2Mn2++ 5S2O+ 8H2O → 16H++ 10SO+ 2MnO,确认Mn2+存在的现象是
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解答题-实验探究题
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【推荐3】以溶液和不同金属的硫酸盐溶液为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。
(1)用离子方程式解释现象I:_______ 。
(2)经检验,现象II的棕黄色沉淀中不含,含有、和。
已知:,(白色)。
①用稀硫酸证实沉淀中含有的实验现象是_______ 。
②通过下列实验证实,沉淀中含有和:将洗净的棕黄色沉淀中加入KI溶液,产生白色沉淀,取上层清液分成两份,一份加入淀粉溶液,无明显现象,另一份加入_______ ,产生白色沉淀。
(3)已知:在水溶液中不存在。经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性溶液褪色。
①推测沉淀中含有亚硫酸根和_______ 。
②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:i.被所吸附;ii.存在于铝的碱式盐中。对假设ii设计了对比实验,证实了假设ii成立。将对比实验方案补充完整:
步骤一:
步骤二:
假设ⅱ成立的实验证据是_______ 。
实验 | 试剂与操作 | 现象 | |
I | 溶液滴入 | 饱和溶液 | 产生白色沉淀 |
II | 溶液 | 溶液变绿,继续滴加产生棕黄色沉淀 | |
III | 溶液 | 开始无明显变化,继续滴加产生白色沉淀 |
(2)经检验,现象II的棕黄色沉淀中不含,含有、和。
已知:,(白色)。
①用稀硫酸证实沉淀中含有的实验现象是
②通过下列实验证实,沉淀中含有和:将洗净的棕黄色沉淀中加入KI溶液,产生白色沉淀,取上层清液分成两份,一份加入淀粉溶液,无明显现象,另一份加入
(3)已知:在水溶液中不存在。经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性溶液褪色。
①推测沉淀中含有亚硫酸根和
②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:i.被所吸附;ii.存在于铝的碱式盐中。对假设ii设计了对比实验,证实了假设ii成立。将对比实验方案补充完整:
步骤一:
步骤二:
假设ⅱ成立的实验证据是
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解答题-原理综合题
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解题方法
【推荐1】以乙苯催化脱氢来制取苯乙烯,是化工产业中常用的方法如下所示:
(g) (g)+H2(g) ΔH=+117.6kJ·mol-1
已知:上述反应的速率方程为v正=k正P乙苯,v 逆=k逆P苯乙烯P氢气, 其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,P为各组分分压。
(1)在Fe2O3催化作用下将乙苯加入三个恒容密闭容器发生上述反应,相关数据如下:
①T1时,向乙容器中按表格中数据投料,则此时v正_______ v 逆。(填写“>”“=”“<”)
②若想同时增大该反应的反应速率和平衡转化率,应采取的措施是_______ 。
③乙苯脱氢经历如下过程:
T2更有利于发生的“环节”是_______ , 在该温度下,“吸附环节”的平衡常数为K1,“反应环节”的平衡常数为K2,“脱吸附环节”的平衡常数为K3,则“脱氢环节”的平衡常数为_______ 。
(2)为了节省能源,乙苯催化脱氢制苯乙烯的过程可以在CO2气氛下进行。100kPa下,反应气组成n (乙苯): n (CO2) 按照1:0、1:1、 1:5、1:9投料,乙苯平衡转化率随反应温度变化关系如图。图中n (乙苯): n (CO2) =1: 9的曲线是_______ (填曲线标号)。500℃按此投料时,=_______ kPa (用最简分数表示)。
(g) (g)+H2(g) ΔH=+117.6kJ·mol-1
已知:上述反应的速率方程为v正=k正P乙苯,v 逆=k逆P苯乙烯P氢气, 其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,P为各组分分压。
(1)在Fe2O3催化作用下将乙苯加入三个恒容密闭容器发生上述反应,相关数据如下:
容器 | 容积/L | 温度/℃ | 起始量/ mol | 平衡量/mol | ||
乙苯(g) | 苯乙烯(g) | 氢气(g) | 苯乙烯(g) | |||
甲 | 1 | T1 | 3 | 0 | 0 | 1 |
乙 | 1 | T1 | 4 | 3 | 1 | x |
丙 | 2 | T2 | 5 | 0 | 0 | 1.2 |
②若想同时增大该反应的反应速率和平衡转化率,应采取的措施是
③乙苯脱氢经历如下过程:
T2更有利于发生的“环节”是
(2)为了节省能源,乙苯催化脱氢制苯乙烯的过程可以在CO2气氛下进行。100kPa下,反应气组成n (乙苯): n (CO2) 按照1:0、1:1、 1:5、1:9投料,乙苯平衡转化率随反应温度变化关系如图。图中n (乙苯): n (CO2) =1: 9的曲线是
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解答题-原理综合题
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(0.4)
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解题方法
【推荐2】航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g)
一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) ΔH<0代替Sabatier反应,再电解水实现O2的循环利用。
回答下列问题:
(1)有关上述反应,下列说法正确的是_____ (填标号)。
A.室温下,2H2O(g)⇌2H2(g)+O2(g)不能自发进行的原因为ΔS<0
B.可逆反应都有一定的限度,限度越大反应物的转化率一定越高
C.可逆反应中,若反应物的总能量>生成物的总能量,则ΔH<0
(2)在Sabatier反应[反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) KⅠ]体系中,还会发生副反应(反应Ⅱ):CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) KⅡ;一定压强下,向某容积可变的密闭容器中通入CO2和H2的混合气体(其中CO2和H2的物质的量之比为1∶4),在某催化剂的作用下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,测得CO2的转化率、CH4的选择性、CO的选择性随反应温度的变化情况如图所示。
已知:CH4或CO的选择性指反应生成CH4或CO时所消耗的CO2的物质的量占参与反应的CO2总物质的量的百分比。相同温度下,反应2CO(g)+2H2(g)⇌CO2(g)+CH4(g)的平衡常数为_____ (用含KⅠ、KⅡ的式子表示);提高CH4的选择性的措施有_____ 、_____ 。
(3)对于Bosch反应CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g) ΔH<0,下列关于各图像的解释或得出的结论正确的是_____(填标号)。
(4)室温下,向体积为2L的恒容密闭容器中通入4molH2和1molCO2发生Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)(不考虑副反应);若反应时保持温度恒定,测得反应过程中压强随时间的变化如下表所示:
①0~10min内,v(CO2)=_____ mol·L-1·min-1,该温度下Sabatier反应的Kp=_____ (Kp为用气体的分压表示的平衡常数,分压=气体的体积分数×体系总压)。
②Sabatier反应的速率方程:v正=k正c(CO2)c4(H2),v逆=k逆c(CH4)c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。20min时,_____ ;反应达平衡时,升高温度,k正增大的倍数_____ k逆增大的倍数。(填“>”“<”或“=”)
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g)
一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) ΔH<0代替Sabatier反应,再电解水实现O2的循环利用。
回答下列问题:
(1)有关上述反应,下列说法正确的是
A.室温下,2H2O(g)⇌2H2(g)+O2(g)不能自发进行的原因为ΔS<0
B.可逆反应都有一定的限度,限度越大反应物的转化率一定越高
C.可逆反应中,若反应物的总能量>生成物的总能量,则ΔH<0
(2)在Sabatier反应[反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) KⅠ]体系中,还会发生副反应(反应Ⅱ):CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) KⅡ;一定压强下,向某容积可变的密闭容器中通入CO2和H2的混合气体(其中CO2和H2的物质的量之比为1∶4),在某催化剂的作用下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,测得CO2的转化率、CH4的选择性、CO的选择性随反应温度的变化情况如图所示。
已知:CH4或CO的选择性指反应生成CH4或CO时所消耗的CO2的物质的量占参与反应的CO2总物质的量的百分比。相同温度下,反应2CO(g)+2H2(g)⇌CO2(g)+CH4(g)的平衡常数为
(3)对于Bosch反应CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g) ΔH<0,下列关于各图像的解释或得出的结论正确的是_____(填标号)。
A.由甲图可知,反应在t1min时可能改变了压强或使用了催化剂 |
B.由乙图可知,反应在m点可能达到了平衡状态 |
C.由丙图可知,反应过程中v正>v逆的点是C点 |
D.由丁图可知,交点A表示的反应一定处于平衡状态 |
(4)室温下,向体积为2L的恒容密闭容器中通入4molH2和1molCO2发生Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)(不考虑副反应);若反应时保持温度恒定,测得反应过程中压强随时间的变化如下表所示:
时间/min | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
压强 | 5.00p | 4.60p | 4.30p | 4.15p | 4.06p | 4.00p | 4.00p |
②Sabatier反应的速率方程:v正=k正c(CO2)c4(H2),v逆=k逆c(CH4)c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。20min时,
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
【推荐3】(12分)新型洁净能源能够解决环境污染、能源短缺等问题,真正把“绿水青山就是金山银山”落实到我国的各个角落。氢气作为清洁高效、可持续“零碳”能源被广泛研究,而水煤气变换反应(WGSR)是一个重要的制氢手段。
(1)WGSR的氧化还原机理和羧基机理如图所示。则热化学方程式CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH中,对ΔH表述错误的是________ (填字母)。
A.氧化还原机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH5a+ΔH7
B.羧基机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH4+ΔH5d+ΔH7
C.氧化还原机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH3+ΔH5a+ΔH7
D.羧基机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH4+ΔH5c+ΔH7
E.ΔH=ΔH1++ΔH7
(2)水煤气变换反应在不同条件时CO的转化率不同,下图为压力、温度、不同温度时钾的化合物对CO的转化率的影响关系图,请认真观察图中信息,结合自己所学知识及生产实际,写出水煤气变换反应的条件:温度选择________ ℃;钾的化合物中_______ 催化效果最明显;压力选择______ Mpa,选用此压力的原因为________ 。
(3)如图是Au12Cu、Au12Pt、Au12Ni三种催化剂在合金团簇上WGSR最佳反应路径的基元反应能量图,反应能垒(活化能)最_______ (填“高”或“低”)的步骤,为整个反应的速控步骤;三种催化剂催化反应的速控步骤__________ (填“相同”或“不相同”);三种催化剂中,___________ 在合金团簇上的WGSR各基元反应能垒较小,对WGSR表现出较好的催化活性。
(4)已知某密闭容器中存在下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),CO的平衡物质的量浓度c(CO)与温度T的关系如图所示。若T1、T2、T3时的平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3由小到大的关系为____________ 。
(1)WGSR的氧化还原机理和羧基机理如图所示。则热化学方程式CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH中,对ΔH表述错误的是
A.氧化还原机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH5a+ΔH7
B.羧基机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH4+ΔH5d+ΔH7
C.氧化还原机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH3+ΔH5a+ΔH7
D.羧基机理途径:ΔH=ΔH1+ΔH4+ΔH5c+ΔH7
E.ΔH=ΔH1++ΔH7
(2)水煤气变换反应在不同条件时CO的转化率不同,下图为压力、温度、不同温度时钾的化合物对CO的转化率的影响关系图,请认真观察图中信息,结合自己所学知识及生产实际,写出水煤气变换反应的条件:温度选择
(3)如图是Au12Cu、Au12Pt、Au12Ni三种催化剂在合金团簇上WGSR最佳反应路径的基元反应能量图,反应能垒(活化能)最
(4)已知某密闭容器中存在下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),CO的平衡物质的量浓度c(CO)与温度T的关系如图所示。若T1、T2、T3时的平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3由小到大的关系为
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解答题-原理综合题
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(0.4)
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【推荐1】氮及其化合物如NH3及铵盐、N2H4、N2O4等在中学化学、化工工业、国防等领域占有重要地位。
(1)发射航天火箭常用肼(N2H4)与N2O4作燃料与助燃剂。肼(N2H4)与N2O4的反应为2N2H4(g)+N2O4(g)═3N2(g)+4H2O(g) △H= -1077kJ•mol-1
已知相关反应的化学键键能数据如下表所示:
则使1mol N2O4(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是___________ 。
(2)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[a(N2O4)]随温度的变化如图所示。
①由图推测该反应的△H___ 0(填“>”或“<”),理由为________________ 。
②图中a点对应温度下,已知N2O4的起始压强po为108 kPa,则该温度下反应的平衡常数Kp=_________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③在一定条件下,该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系v( N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与反应温度有关的常数。相应的速率压强关系如图所示,一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1=___________ ,在下左图上标出的点中,能表示反应达到平衡状态的点为__________ (填字母代号)。
(3)电解NO2制备NH4NO3,其工作原理如图所示。
①阳极的电极反应式为________________________________________ 。
②为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充某种化合物A,则A的化学式为_________ 。
(1)发射航天火箭常用肼(N2H4)与N2O4作燃料与助燃剂。肼(N2H4)与N2O4的反应为2N2H4(g)+N2O4(g)═3N2(g)+4H2O(g) △H= -1077kJ•mol-1
已知相关反应的化学键键能数据如下表所示:
化学键 | N-H | N-N | N≡N | O-H |
E/(kJ•mol-1) | 390 | 190 | 946 | 460 |
(2)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[a(N2O4)]随温度的变化如图所示。
①由图推测该反应的△H
②图中a点对应温度下,已知N2O4的起始压强po为108 kPa,则该温度下反应的平衡常数Kp=
③在一定条件下,该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系v( N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与反应温度有关的常数。相应的速率压强关系如图所示,一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1=
(3)电解NO2制备NH4NO3,其工作原理如图所示。
①阳极的电极反应式为
②为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充某种化合物A,则A的化学式为
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐2】甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g) △H1;
②CO2 (g)+3H2 (g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58kJ/mol;
③CO2 (g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H==+41k J/ mol。
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下表:
则x=___________ 。
(2)合成气组成n(H2)/n(CO+ CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图甲所示。α(CO)值随温度升高而___________ (填“增大”或“减小”),其原因是_____ ;图中的压强由大到小为___________ ,其判断理由是_____________ 。
(3)若将1mol CO2和2molH2充入容积为2L的恒容密闭容器中,在两种不同温度下发生反应②。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。
①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K1___________ KⅡ(填“>”“=”或“<”)。
②一定温度下,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是___________ (填序号)。
a.容器中压强不变 b.甲醇和水蒸气的体积比保持不变
c.v正(H2)=3v逆(CH3OH) d.2个C=0断裂的同时有6个H-H断裂
③若5min后反应达到平衡状态,H2的转化率为90%,则用CO2表示的平均反应速率为____ ,该温度下的平衡常数为___________ ;若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是___________ 。(填序号)。
a.缩小反应容器的容积 b.使用合适的催化剂
c.充入He d.按原比例再充入CO2和H2
①CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g) △H1;
②CO2 (g)+3H2 (g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58kJ/mol;
③CO2 (g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H==+41k J/ mol。
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下表:
化学键 | H—H | C-O | C≡O | H-O | C—H |
E/(kJ·mol-1) | 436 | 343 | 1076 | 465 | x |
则x=
(2)合成气组成n(H2)/n(CO+ CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图甲所示。α(CO)值随温度升高而
(3)若将1mol CO2和2molH2充入容积为2L的恒容密闭容器中,在两种不同温度下发生反应②。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。
①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K1
②一定温度下,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是
a.容器中压强不变 b.甲醇和水蒸气的体积比保持不变
c.v正(H2)=3v逆(CH3OH) d.2个C=0断裂的同时有6个H-H断裂
③若5min后反应达到平衡状态,H2的转化率为90%,则用CO2表示的平均反应速率为
a.缩小反应容器的容积 b.使用合适的催化剂
c.充入He d.按原比例再充入CO2和H2
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
【推荐3】丙烯是产量仅次于乙烯的基本有机原料之一,无氧脱氢制丙烯技术已经工业化。回答下列问题:
丙烷脱氢过程的主反应为C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1=124.47 kJ/mol
副反应为: i. C3H8(g)CH4(g) +C2H4(g) ΔH2=81.30 kJ/mol
ii. C2H4 (g)+H2(g) C2H6(g) ΔH3=- 136.94 kJ/mol
iii. C3H8(g)+H2(g) CH4(g)+C2H6(g) ΔH4
其中,主反应脱氢的部分反应路径如图1所示(TS 代表过渡态,Pt4代表铂催化剂)。
(1)①计算副反应iii的ΔH4=___________ kJ/mol。
②由图1知,主反应脱氢的限速步骤是第___________ (填 “一”或“二”)个C- H断键的反应。有利于主反应自发进行的条件是___________ (填 “高温”“低温”或“任意温度”)。在高温条件下C-C键断裂的裂解反应比C-H键断裂的脱氢反应容易,从动力学角度考虑,为有利于主反应发生应控制的关键生产条件是___________ 。
(2)在压强分别为0.1 MPa和0.01 MPa的条件下,C3H8和C3H6的平衡摩尔分数(即物质的量分数)随温度的变化如图2所示(不考虑副反应)。
①在a、b、c、d四条图线中,分别表示0.01 MPa时C3H8和C3H6物质的量分数的是___________ 、___________ 。
②p点时C3H8的转化率为___________ , 反应的分压平衡常数Kp=___________ MPa。
(3)根据LHHW动力学模型,生成C3H6的净反应速率v=k·P(C3H8)·(H2),其k为速率常数。在刚性容器中进行丙烷脱氢的反应,达到平衡前,相同时间间隔内,随反应进行C3H6的增加量 Δn___________ (填 “变大”“变小”或“不变”),其原因是___________ 。
(4)四氢铝钠(NaAlH4) 是有机合成中重要的还原剂,其晶胞结构如图3所示(b=2a)。 已知NA为阿伏伽德罗常数的值,该晶体的密度为___________ g/cm3。
丙烷脱氢过程的主反应为C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1=124.47 kJ/mol
副反应为: i. C3H8(g)CH4(g) +C2H4(g) ΔH2=81.30 kJ/mol
ii. C2H4 (g)+H2(g) C2H6(g) ΔH3=- 136.94 kJ/mol
iii. C3H8(g)+H2(g) CH4(g)+C2H6(g) ΔH4
其中,主反应脱氢的部分反应路径如图1所示(TS 代表过渡态,Pt4代表铂催化剂)。
(1)①计算副反应iii的ΔH4=
②由图1知,主反应脱氢的限速步骤是第
(2)在压强分别为0.1 MPa和0.01 MPa的条件下,C3H8和C3H6的平衡摩尔分数(即物质的量分数)随温度的变化如图2所示(不考虑副反应)。
①在a、b、c、d四条图线中,分别表示0.01 MPa时C3H8和C3H6物质的量分数的是
②p点时C3H8的转化率为
(3)根据LHHW动力学模型,生成C3H6的净反应速率v=k·P(C3H8)·(H2),其k为速率常数。在刚性容器中进行丙烷脱氢的反应,达到平衡前,相同时间间隔内,随反应进行C3H6的增加量 Δn
(4)四氢铝钠(NaAlH4) 是有机合成中重要的还原剂,其晶胞结构如图3所示(b=2a)。 已知NA为阿伏伽德罗常数的值,该晶体的密度为
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解答题-工业流程题
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(0.4)
【推荐1】是重要的化工原料,由软锰矿制备的一种工艺流程如图:
资料:①软锰矿的主要成分为,主要杂质有和
②金属离子沉淀的pH
③该工艺条件下,与反应。
(1)溶出
①溶出前,软锰矿需研磨。目的是_______ 。
②溶出时,Fe的氧化过程及得到的主要途径如图所示:
a.步骤Ⅱ是从软锰矿中溶出的主要反应,反应的离子方程式是_______ 。
b.若全部来自于反应,完全溶出所需Fe与的物质的量比值为2。而实际比值小于2,原因是_______ 。
(2)纯化的目的是为了除去溶液中的杂质。已知:溶液pH越小,的氧化性越强。纯化时先加入_______ ,后加入_______ (选填“氨水”、“”)调溶液pH_______ ~_______ ,调pH到此范围的目的是_______ 。
(3)电解。纯化液经电解得。生成的电极反应式是_______ 。
(4)产品纯度测定。向0.45g产品中加入1.34g和足量稀硫酸,加热至充分反应。再用0.1000mol·L溶液滴定剩余至终点,消耗溶液的体积为20.00mL。
已知:,,计算该产品的纯度。(写出计算过程)_______ 。
资料:①软锰矿的主要成分为,主要杂质有和
②金属离子沉淀的pH
开始沉淀时 | 1.5 | 3.4 | 5.8 | 6.3 |
完全沉淀时 | 2.8 | 4.7 | 7.8 | 8.3 |
(1)溶出
①溶出前,软锰矿需研磨。目的是
②溶出时,Fe的氧化过程及得到的主要途径如图所示:
a.步骤Ⅱ是从软锰矿中溶出的主要反应,反应的离子方程式是
b.若全部来自于反应,完全溶出所需Fe与的物质的量比值为2。而实际比值小于2,原因是
(2)纯化的目的是为了除去溶液中的杂质。已知:溶液pH越小,的氧化性越强。纯化时先加入
(3)电解。纯化液经电解得。生成的电极反应式是
(4)产品纯度测定。向0.45g产品中加入1.34g和足量稀硫酸,加热至充分反应。再用0.1000mol·L溶液滴定剩余至终点,消耗溶液的体积为20.00mL。
已知:,,计算该产品的纯度。(写出计算过程)
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解答题-原理综合题
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(0.4)
【推荐2】含碳化合物的合成与转化具有重要的研究价值和现实意义。回答下列问题:
(1)与在某催化剂作用下的反应如图所示:
写出该反应的热化学方程式:___________ 。
(2)回收航天员呼吸产生的可利用Bosch反应: ,再电解水可实现的循环利用。热力学中规定由最稳定单质生成1mol某物质的焓变称为该物质的标准生成焓(符号:),最稳定单质的标准生成焓规定为0.已知上述反应中:;,则___________ 。
(3)利用电催化可将同时转化为多种有机燃料,其原理如图所示。
①铜电极上产生的电极反应式为___________ ,若铜电极上只生成3.2g ,则铜极区溶液质量变化了___________ g。
②在实际生产中当pH过低时,有机燃料产率降低,可能的原因是___________ 。
(4)我国科学家报道了机理如图所示的电化学过程。
①Ni电极反应式为___________ 。
②理论上,每有1mol 与结合,电路中转移电子数为___________ 。
(5)电还原法可能的反应机理如下图所示。Sn的活性位点对O的连接能力较强,Au、Cu的活性位点对C的连接能力较强,Cu对CO的吸附能力远大于Au,且Cu吸附CO后不易脱离。
若使还原产物主要为时,应选择___________ (填“Sn”、“Au”或“Cu”)作催化剂,写出(b)的电极反应式___________ 。
(1)与在某催化剂作用下的反应如图所示:
写出该反应的热化学方程式:
(2)回收航天员呼吸产生的可利用Bosch反应: ,再电解水可实现的循环利用。热力学中规定由最稳定单质生成1mol某物质的焓变称为该物质的标准生成焓(符号:),最稳定单质的标准生成焓规定为0.已知上述反应中:;,则
(3)利用电催化可将同时转化为多种有机燃料,其原理如图所示。
①铜电极上产生的电极反应式为
②在实际生产中当pH过低时,有机燃料产率降低,可能的原因是
(4)我国科学家报道了机理如图所示的电化学过程。
①Ni电极反应式为
②理论上,每有1mol 与结合,电路中转移电子数为
(5)电还原法可能的反应机理如下图所示。Sn的活性位点对O的连接能力较强,Au、Cu的活性位点对C的连接能力较强,Cu对CO的吸附能力远大于Au,且Cu吸附CO后不易脱离。
若使还原产物主要为时,应选择
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【推荐3】二氧化氯(ClO2)作为一种高效安全消毒剂,某些国家已经将其应用到包括饮用水处理在内的几乎所有杀菌消毒领域。
(1)工业上可以通过2KClO3+SO2=2ClO2+K2SO4的方法制取ClO2。
已知标准摩尔生成焓定义:在标准压力(100kPa)、一定温度下(通常298.15K),由元素最稳定的单质生成1mol纯物质B的反应焓变,叫做物质B的标准摩尔生成焓(△fH)。查找相关资料得知:
则2KClO3(s)+SO2(g)=2ClO2(g)+K2SO4(s) △H=___ 。
(2)消毒饮用水时,ClO2还可将水中的Fe2+、Mn2+等转化成Fe(OH)3和MnO2等难溶物除去。控制其他条件不变,测得不同pH时Mn2+去除率随反应时间的变化如图甲。
①pH=8时ClO2转化为ClO,该反应的离子方程式为___ 。
②其他条件相同,水中Mn2+去除率随pH增大而增大,利用化学反应速率的相关知识分析,原因可能是___ 。
(3)还可利用ClO2的强氧化性来去除烟气中SO2等污染气体,涉及的部分反应如下:
Ⅰ. ClO2+SO2ClO+SO3
Ⅱ.2ClO+2SOCl2+2SO3
两步反应的历程如图乙所示。
①该历程中最大活化能Ea=___ kJ·mol-1。
②ClO2去除SO2效率较低,查找相关资料得知:反应Ⅰ的平衡常数K=5×10-34,反应Ⅱ的平衡常数K=0.11;ClO2也可去除污染气体NO,涉及的部分反应有Ⅲ.ClO2+NO=NO2+ClO、Ⅳ.2ClO+2NO=Cl2+2NO2。保持其他条件不变,对比添加NO、不添加NO两种情况,测得SO2氧化率随变化关系如图丙。不添加NO时,SO2氧化率较低的原因可能是___ ;添加NO后,SO2氧化率明显提高,其原因可能是___ 。
(4)实验室中可用惰性电极电解酸性NaClO3溶液来制备少量的ClO2,电解装置如图丁所示。
电解一段时间后,产生ClO2的电极附近溶液的pH___ (填“减小”“增大”或“不变”)。
(1)工业上可以通过2KClO3+SO2=2ClO2+K2SO4的方法制取ClO2。
已知标准摩尔生成焓定义:在标准压力(100kPa)、一定温度下(通常298.15K),由元素最稳定的单质生成1mol纯物质B的反应焓变,叫做物质B的标准摩尔生成焓(△fH)。查找相关资料得知:
物质 | KClO3(s) | SO2(g) | ClO2(g) | K2SO4(s) |
标准摩尔生成焓/(kJ·mol-1) | -397.7 | -396.8 | 102.5 | -1437.8 |
则2KClO3(s)+SO2(g)=2ClO2(g)+K2SO4(s) △H=
(2)消毒饮用水时,ClO2还可将水中的Fe2+、Mn2+等转化成Fe(OH)3和MnO2等难溶物除去。控制其他条件不变,测得不同pH时Mn2+去除率随反应时间的变化如图甲。
①pH=8时ClO2转化为ClO,该反应的离子方程式为
②其他条件相同,水中Mn2+去除率随pH增大而增大,利用化学反应速率的相关知识分析,原因可能是
(3)还可利用ClO2的强氧化性来去除烟气中SO2等污染气体,涉及的部分反应如下:
Ⅰ. ClO2+SO2ClO+SO3
Ⅱ.2ClO+2SOCl2+2SO3
两步反应的历程如图乙所示。
①该历程中最大活化能Ea=
②ClO2去除SO2效率较低,查找相关资料得知:反应Ⅰ的平衡常数K=5×10-34,反应Ⅱ的平衡常数K=0.11;ClO2也可去除污染气体NO,涉及的部分反应有Ⅲ.ClO2+NO=NO2+ClO、Ⅳ.2ClO+2NO=Cl2+2NO2。保持其他条件不变,对比添加NO、不添加NO两种情况,测得SO2氧化率随变化关系如图丙。不添加NO时,SO2氧化率较低的原因可能是
(4)实验室中可用惰性电极电解酸性NaClO3溶液来制备少量的ClO2,电解装置如图丁所示。
电解一段时间后,产生ClO2的电极附近溶液的pH
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