液氨是一种良好的储氢物质。
已知:① 2NH3(g) N2 (g) + 3H2(g) ΔH =+92.4 kJ·mol-1
② 液氨中2NH3(l) NH2- + NH4+
(1)氨气自发分解的反应条件是 (填“低温”或“高温”)。
(2)图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是 (填催化剂的化学式)。
(3)其他条件相同,反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后,氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态________(填“是”或“不是”)平衡状态。
②c点氨气的转化率高于b点,原因是 。
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。
④假设Ru催化下,温度为750℃时,氨气的初始浓度为c0,平衡转化率为40%,则该温度下此反应的 平衡常数K = 。
(4)用Pt电极对液氨进行电解也可产生H2和N2。阴极的电极反应式是 。
能源、环境与人类生活和社会发展密切相关,研究它们的综合利用有重要意义。
(1)氧化还原法消除氮氧化物的转化如下:
①反应I为:NO+O3=NO2+O2,生成11.2 L O2(标准状况)时,转移电子的物质的量是 mol。
②反应II中,当n(NO2)∶n[CO(NH2)2]=3∶2时,反应的化学方程式是 。
(2)硝化法是一种古老的生产硫酸的方法,同时实现氮氧化物的循环转化,主要反应为:
NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) △H=-41.8 kJ·mol-1
已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-1。
写出NO和O2反应生成NO2的热化学方程 式 。
(3)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g);该反应 平衡常数表达式为K= 。
(4)合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应:
CO(g) +2H2(g)CH3OH(g) △H<0。
在容积均为V L的I、II、III三个相同密闭容器中分别充入a mol CO和2a mol H2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变,在其他条件相同的情况下,实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数υ(CO)%如图所示,
此时I、II、III三个容器中一定达到化学平衡状态的是 ;若三个容器内的反应再经过一段时间后都达到化学平衡时,CO转化率最大的反应温度是 。
(5)据报道以二氧化碳为原料,采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料,其原理如下图所示。电解时,b极上生成乙烯的电极反应式为___________________.
(本题12分)
氮是地球上含量丰富的一种元素,合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径,对化学工业技术也产生了重要影响。铵盐在工农业生产、生活中有着重大作用。
完成下列填空
(1).在固定体积的密闭容器中,进行如下放热反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),其平衡常数K与温度T的关系如下表。
T/K |
298 |
398 |
498 |
…… |
平衡常数K |
4.1×106 |
K1 |
K2 |
…… |
则该反应的平衡常数K1________K2 (填“>”、“<”或“=”)。
(2).能说明该反应已达到平衡状态的是________(填序号)。
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2 b.v(N2)正=3v(H2)逆
c.容器内压强保持不变 d.混合气体的密度保持不变
NH4Al(SO4)2是食品加工中最为快捷的食品添加剂,用于焙烤食品;NH4HSO4在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。
请回答下列问题:
(3).相同条件下,0.1 mol·L-1 NH4Al(SO4)2中c(NH4+)________(填“等于”“大于”或“小于”)0.1 mol·L-1 NH4HSO4中的c(NH4+)。
(4).如图所示是0.1 mol·L-1电解质溶液的pH随温度变化的图像。
①其中符合0.1 mol·L-1 NH4Al(SO4)2溶液的pH随温度变化的曲线是________(填写序号),
导致pH随温度变化的原因是_______________________________;
②20℃时,0.1 mol·L-1 NH4Al(SO4)2中2c(SO42-)-c(NH4+)-3c(Al3+)=__________。
(5).室温时,向100 mL 0.1 mol·L-1 NH4HSO4溶液中滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,得到溶液的pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。
试分析图中a、b、c、d四个点,水的电离程度最大是________点;在b点,溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是______________。
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的四种方法:
方法a |
用炭粉在高温条件下还原CuO |
方法b |
用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制备Cu2O; |
方法c |
电解法,反应为2Cu + H2OCu2O + H2↑。 |
方法d |
用肼(N2H4)还原新制的Cu(OH)2 |
(1)已知:①2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s);△H = -169kJ·mol-1
②C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H = -110.5kJ·mol-1
③ Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s);△H = -157kJ·mol-1
则方法a发生的热化学方程式是:
(2)方法c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:该电池的阳极反应式为 钛极附近的pH值 (增大、减小、不变)。
(3)方法d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 。
(4)在相同的密闭容器中,用以上方法制得的三种Cu2O分别进行催化分解水的实验: △H>0。水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。
序号 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
① |
T1 |
0.050 |
0.0492 |
0.0486 |
0.0482 |
0.0480 |
0.0480 |
② |
T1 |
0.050 |
0.0488 |
0.0484 |
0.0480 |
0.0480 |
0.0480 |
③ |
T2 |
0.10 |
0.094 |
0.090 |
0.090 |
0.090 |
0.090 |
下列叙述正确的是 (填字母)。
A.实验的温度:T2<T1
B.实验②比实验①所用的催化剂催化效率高
C.实验①前20 min的平均反应速率 v(H2)=7×10-5 mol·L-1 min-1
硫酸是重要的化工原料,二氧化硫生成三氧化硫是硫酸工业的重要反应之一。将0.100 mol SO2(g)和0.060 mol O2(g)放入容积为2 L的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在一定条件下5分钟末达平衡状态,测得c(SO3)=0.040 mol/L。
(1)①5分钟时O2的反应速率是_________;
②列式并计算该条件下反应的平衡常数K=___________。
③已知:K(300℃)>K(350℃),若反应温度升高,SO2的转化率_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
④能判断该反应达到平衡状态的标志是____________。(填字母)
A.SO2和SO3浓度相等
B.容器中混合气体的平均分子量保持不变
C.容器中气体的压强不变
D.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
(2)某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(P)的关系如下图1所示。平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)___________K(B)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)将一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定体积的密闭容器中,在一定条件下,c(SO3)的变化如下图所示。若在第5分钟将容器的体积缩小一半后,在第8分钟达到新的平衡(此时SO3的浓度约为0.25mol/L)。请在下图中画出此变化过程中SO3浓度的变化曲线。
(13分)(1)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)+B(g)2C(g)+D(s) △H1<0反应,按下表数据投料,反应达到平衡状态,测得体系压强升高。
①该反应的平衡常数表达式为K=___。升高温度,平衡常数将____(填“增大”“减小”或“不变”)。
②能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是________。
A.容器中压强不变
B.混合气体的密度不变
C.υ(A):υ(B):υ(C)=2:1:2
D.c(A)=c(C)
(2)为研究不同条件对反应2NO(g)+Cl2(g)2C1NO(g) △H2<0的影响,在恒温条件下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol C12,10 min时反应达到平衡。测得NO的转化率为。其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率为,则__________,(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)甲醇(CH3OH)是重要的能源物质,研究甲醇具有重要意义。为提高甲醇燃料的利用率,科学家发明了一种燃料电池,电池的一个电极通入空气,另一个电极通入甲醇气体,电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体,在高温下它能传导O2—离子。电池工作时负极反应式为_________________。用该燃料电池作电源,以石墨为电极电解足量的硫酸铜溶液,当电路中通过0.1 mol电子时,若要使溶液恢复到起始浓度(温度不变,忽略溶液体积的变化),可向溶液中加入_____(填物质名称),其质量约为_______g。
(16分)碳、氮、硫、氯是四种重要的非金属元素。
(1)CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的△H难以直接测量,原因是 。
已知:a.2CO(g)+ O2(g)==2CO2(g) △H =-566.0 kJ·mol-1
b.CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H =-890.0 kJ·mol-1
则CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的热化学方程式为 。
(2)工业上合成氨气的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。现将10 mol N2和26 mol H2置于容积可变的密闭容器中,N2的平衡转化率()与体系总压强(P)、温度(T)的关系如图所示。回答下列问题:
①反应达到平衡状态B时,容器的容积10 L,则T1时,合成氨反应的平衡常数K= L2·mol-1。
②平衡状态由A变到C时,对应的平衡常数K(A) K(C)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)在25℃时,HSCN、HClO、H2CO3的电离常数如下表:
HClO |
HSCN |
H2CO3 |
K=3.2×10-8 |
K=0.13 |
Kl=4.2×10-7[来源 K2=5.6×10-11 |
①1 mol·L-1的KSCN溶液中,所有离子的浓度由大到小的顺序为 > > > 。
②向Na2CO3溶液中加入过量HClO溶液,反应的化学方程式为 。
③25℃时,为证明HClO为弱酸,某学习小组的同学没计了以下三种实验方案。下列三种方案中,你认为能够达到实验目的的是 (填下列各项中序号)。
a.用pH计测量0.1 mol·L-1NaClO溶液的pH,若测得pH>7,可证明HClO为弱酸
b.用pH试纸测量0.01 mol·L-1HClO溶液的pH,若测得pH>2,可证明HClO为弱酸
c.用仪器测量浓度均为0.1 mol·L-1的HClO溶液和盐酸的导电性,若测得HClO溶液的导电性弱于盐酸,可证睨HClO为弱酸
“低碳循环”已引起各国家的高度重视,而如何降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为化学家研究的主要课题。
(1)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组 |
温度℃ |
起始量/mol |
平衡量/mol |
达到平衡所需 时间/min |
||
CO |
H2O |
H2 |
CO |
|||
1 |
650 |
4 |
2 |
1.6 |
2.4 |
6 |
2 |
900 |
2 |
1 |
0.4 |
1.6 |
3 |
3 |
900 |
a |
b |
c |
d |
t |
①实验2条件下平衡常数K= 。
②实验3中,若平衡时,CO的转化率大于水蒸气,则a/b 的值_______(填具体值或取值范围)。
③实验4,若900℃时,在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol,则此时V正 V逆(填“<”,“>”,“=”)。
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(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:____________
(3)已知草酸是一种二元弱酸,草酸氢钠(NaHC2O4)溶液显酸性。常温下,向10 mL 0.01 mol·L-1 H2C2O4溶液中滴加10mL 0.01mol·L-1 NaOH溶液时,比较溶液中各种离子浓度的大小关系 ;
(4)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,CaCO3是一种难溶物质,其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀,现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合,若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L ,则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为 ________mol/L。
(5)以二甲醚(CH3OCH3)、空气、H2SO4为原料,铂为电极可构成燃料电池,其工作原理与甲烷燃料电池的原理相似。请写出该电池负极上的电极反应式: 。
“霾”是当今世界环境热点话题。目前宁夏境内空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气。NO和CO气体均为汽车尾气的成分,这两种气体在催化转换器中发生如下反应:
2NO(g)+ 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H=﹣a kJ•mol-1(a>0)
(1)在一定温度下,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示:
①0~15min N2的平均速率v(N2)= ;NO的转化率为 。
②20min时,若改变反应条件,导致CO浓度减小,则改变的条件可能是 (选填序号)。
a.缩小容器体积
b.增加CO的量
c.降低温度
d.扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变,20min时再向容器中充入NO、N2各0.4mol,化学平衡将 移动(选填“向左”、“向右”或“不”),重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为 。
(2)已知:2NO(g)+ O2(g)=2NO2(g) △H=﹣b kJ•mol-1(b>0)
CO的燃烧热△H=﹣c kJ•mol-1 (c>0)
则在消除汽车尾气中NO2的污染时,NO2与CO发生反应
的热化学反应方程式为: 。
(3)工业废气中含有的NO2还可用电解法消除。制备方法之一是先将NO2转化为N2O4,然后采用电解法制备N2O5,装置如图所示。Pt乙为 极,电解池中生成N2O5的电极反应式是 。
(14分)综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。
(1)Li4SiO4可用于富集得到高浓度CO2。原理是:在500℃,低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐;平衡后加热至700℃,反应逆向进行,放出高浓度CO2,Li4SiO4再生。700℃时反应的化学方程式为____________。
(2)固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO2/H2O,既可高效制备合成气(CO+H2),又可实现CO2的减排,其工作原理如图。
①b为电源的________(填“正极”或“负极”)。
②写出电极c发生的电极反应式:________、________________。
(3)电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。对此反应进行如下研究:某温度下在一恒压容器中分别充入1.2 mol CO和1 mol H2,达到平衡时容器体积为2 L,且含有0.4 mol CH3OH(g),则该反应平衡常数值为_______,此时向容器中再通入0.35 mol CO气体,则此平衡将________(填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”)移动。
(4)已知:
若甲醇的燃烧热为ΔH3,试用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的ΔH,则ΔH=_____。
(5)利用太阳能和缺铁氧化物[如Fe0.9O]可将廉价CO2热解为碳和氧气,实现CO2再资源化,转化过程如图所示,若用1 mol缺铁氧化物[Fe0.9O]与足量CO2完全反应可生成________mol C(碳)。
甲醇是一种重要的可再生能源。
(1)已知2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH=a KJ/mol
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=b KJ/mol
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程式: 。
(2)还可以通过下列反应制备甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡,用H2表示平均反应速率υ(H2)= 。
(3)在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H2,CO的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如乙图所示。
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______。(填字母)
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的体积分数不再改变
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
D.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小PA________PB(填“>、<、=”)。
③若达到化学平衡状态A时,容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)= L。
(4)以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极)。
①若KOH溶液足量,则写出电池总反应的离子方程式:___________________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol,当有0.5 mol甲醇参与反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是 。
煤可以通过气化和液化转变为清洁能源并提高燃烧效率。
煤气化的主要反应是:C(g)+ H2O(g)CO(g)+H2(g)
气化得到的CO和H2可以进一步液化合成甲醇,反应方程式为:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ∆H
(1)若相同温度下CO、H2、CH3OH(g)的燃烧热(∆H)分别为a、b、c,则上述反应的∆H= 。
(2)图1表示CO的转化率与温度、压强之间的关系,图2表示CO的转化率与起始投料比n(H2)/n(CO)、温度的变化关系,曲线I、Ⅱ、Ⅲ对应的温度分别为T1、T2、T3,则T1、T2、T3的大小关系为 ,理由 。测得B(X,60)点氢气的转化率为40%,则X= 。
(3)一定条件下,将2 mol CO和4 mol H2置于容积为2 L固定的密闭容器中发生上述反应,反应达到平衡时H2的物质的量为2 mol,则此时CH3OH(g)的物质的量浓度为 ,平衡常数K= 。下列说法中能说明反应已达到平衡状态的是 (填选项前的字母)。
A.混合气体的平均摩尔质量不变 |
B.一氧化碳的消耗速率等于甲醇的生成速率 |
C.CO和H2的物质的量之比保持不变 |
D.混合气体的密度不变 |
(14分)氮的氢化物NH3、N2H4等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
(1)液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应:
①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) H1
②4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(l) H2
则反应4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) H= 。(请用含有H1、H2的式子表示)
(2)合成氨实验中,在体积为3 L的恒容密闭容器中,投入4 mol N2和9 mol H2在一定条件下合成氨,平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示:
温度(K) |
平衡时NH3的物质的量(mol) |
T1 |
2.4 |
T2 |
2.0 |
已知:破坏1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量。
①则T1 T2(填“>”、“<”或“=”)
②在T2 K下,经过10min达到化学平衡状态,则0~10min内H2的平均速率v(H2)= ,平衡时N2的转化率α(N2)= 。
③下列图像分别代表焓变(H)、混合气体平均相对分子质量()、N2体积分数φ(N2)和气体密度(ρ)与反应时间的关系,其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是 。
(3)某N2H4(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。
①M区发生的电极反应式为 。
②用上述电池做电源,用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极),设饱和氯化钾溶液体积为500 mL,当溶液的pH值变为13时(在常温下测定),若该燃料电池的能量利用率为80%,则需消耗N2H4的质量
为 g(假设溶液电解前后体积不变)。
甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示:
化学反应 |
平衡常数 |
温度(℃) |
|
500 |
800 |
||
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) |
K1 |
2.5 |
0.15 |
②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g) |
K2 |
1.0 |
2.50 |
③3H2(g)+ CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g) |
K3 |
|
|
(1)反应②是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)某温度下反应①中H2的平衡转化率(a)与体系总压强(P)的关系如图所示。则平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A) K(B)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3= (用K1、K2表示)。在500℃、2L的密闭容器中,进行反应③,测得某时刻H2、CO2、CH3OH、H2O的物质的量分别为6mol、2 mol、10 mol、10 mol,此时v(正) v(逆)(填“>”“=”或“<”)
(4)一定温度下,在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②,
已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示,若在t0时刻分别改变一个条件,曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时,改变的条件是 。
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时,改变的条件是 。
(本题共12分)目前,碳族元素按原子序数增大,依次为:碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)。请回答:
23.锗原子的最外层电子排布式: ,锡原子的最外层电子云有 种伸展方向; 单质锗具有__________(填字母)。
a.只有金属性
b.只有非金属性
c.既有金属性,又有非金属性
24.某同学根据反应:SiO2 + 2CSi + 2CO↑,得出结论:碳的非金属性强于硅的反应。请对此给予评价并说明理由: 。
25.常温下,在400mL稀氢氟酸中,投入一颗石英玻璃,2.5min后,溶液质量减少了11.22g。此时SiF4为气体,则这段时间内用HF表示该反应的平均化学反应速率为 。
高温下,在容积固定的密闭容器中,用足量焦炭与一定量二氧化碳发生可逆的吸热反应生成了CO。回答26-27题:
26.下列选项中,一定符合反应达到化学平衡时情况的选项是 。
a.压缩体积达到新平衡时,CO的浓度增大的倍数比CO2的浓度增大的倍数更大
b.速率关系:2v(CO2)= v(CO)
c.转移电子数随温度升高而增多
d.气体密度随着焦炭的增加而增大
27.达到化学平衡之后,保持其他条件不变,移走少量CO,达到新的平衡时,下列选项中,增大的是 (填选项编号)。
A.CO2和CO浓度比 b.混合气体的密度
c.转化率 d.CO的体积分数