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↑
(10分)在温度为373K时,将0.100mol无色的N2O4气体通入1L抽空的密闭容器中,立刻出现红棕色,直至建立N2O42NO2的平衡。下图是隔一定时间测定到的N2O4的浓度(纵坐标为N2O4的浓度,横坐标为时间)
(1)计算在20至40秒时间内,NO2的平均生成速率为 。
(2)该反应的化学平衡常数表达式为 。
(3)下表是不同温度下测定得到的该反应的化学平衡常数。
T/ K |
323 |
373 |
K值 |
0.022 |
0.36 |
据此可推测该反应(生成NO2)是 反应(选填“吸热”或“放热”)。
(4)若其他条件不变,反应在423K时达到平衡,请在上图中找出相应的位置,画出此温度下的反应进程示意曲线。
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 。
H2O2是一种常用绿色氧化剂,在化学研究中应用广泛。
(1)空气阴极法电解制备H2O2的装置如下图所示,主要原理是在碱性电解质溶液中,通过利用空气中氧气在阴极还原得到H2O2和稀碱的混合物。试回答:
①直流电源的a极名称是 。
②阴极电极反应式为 。
③1979年,科学家们用CO、O2和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H2O2。相对于电解法,该方法具有的优点是安全、 。
(2)Fe3+对H2O2的分解具有催化作用。利用图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的 (填“深”或“浅”),其原因是 。
(3)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。反应的离子方程式是 ,控制其它条件相同,印刷电路板的金属粉末用10%H2O2 和3.0mol·L-1H2SO4溶液处理,测得不同温度下铜的平均溶解速率(见下表)
温度(℃) |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
Cu的平均溶解速率 (×10-3mol·min-1) |
7.34 |
8.01 |
9.25 |
7.98 |
7.24 |
6.73 |
5.76 |
当温度高于40℃时,铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降,其主要原因是 。
(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) △H1=+206.0kJ/mol
(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2
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 。
、碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。
(1)在一恒温、恒容密闭容器中发生反应:Ni (s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),ΔH<0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是 (填字母编号)。
A.增加Ni的量可提高CO的转化率,Ni的转化率降低 |
B.缩小容器容积,平衡右移,ΔH减小 |
C.反应达到平衡后,充入CO再次达到平衡时, CO的体积分数降低 |
D.当4v正[Ni(CO)4]= v正(CO)时或容器中混合气体密度不变时,都可说明反应已达化学平衡状态 |
(2)CO与镍反应会造成含镍催化剂的中毒。为防止镍催化剂中毒,工业上常用SO2将CO氧化,二氧化硫转化为单质硫。
已知:CO (g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1
S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH=-Q2 kJ·mol-1
则SO2(g)+2CO (g)=S(s)+2CO2(g) ΔH= 。
(3)对于反应:2NO(g)+O22NO2(g),向某容器中充入10mol的NO和10mol的O2,在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下随温度变化的曲线(如图)。
①比较P1、P2的大小关系:________________。
②700℃时,在压强为P2时,假设容器为1L,则在该条件平衡常数的数值为______(最简分数形式)
(4)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,其电极反应式为 。若该燃料电池使用一段时间后,共收集到20mol Y,则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为 L。
以化学反应原理为依据,以实验室研究为基础,可以实现许多化工生产。
I分解水制取氢气的工业制法之一是“硫-碘循环法”,主要涉及下列反应:
(1)分析上述反应,下列判断正确的是____。
a. 循环过程中产生1的同时产生
b. 反应①中还原性比强
c. 循环过程中需补充
d. 反应③易在常温下进行
(2)在一定温度下,向2L密闭容器中加入,发生反应②.物质的量随时间的变化如图所示。内的平均反应速率的转化率=_______
(3)恒温恒容条件下,硫发生转化的反应过程和能量关系如图所示。
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_______;
②恒温恒容时,和充分反应,放出热量的数值比_____(填“大”、“小”或“相等”)
II.氮化硅()是一种新型陶瓷材料,工业上有石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:
(1)该反应平衡常数的表达式为K=_______.升高温度,其平衡常数_________(填“增大”、“减少”或“不变”)。
(2)该化学反应速率与反应时间的关系如图所示
时引起突变的原因是_____,引起变化的因素是_____,时引小变化、大变化的原因是_________.
将1.2mol的A气体充入2L恒容密闭容器中发生反应:A(g) 2B(g)。在三种不同条件下进行实验,A的物质的量随时间的变化如图所示。试回答下列问题:
(1)实验1中,4s时A的转化率为 ;此条件下该反应的平衡常数K1的值为 。
(2)实验2与实验1对比,其可能隐含的反应条件是 。
(3)根据实验3与实验1的图象比较,可推测该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。设实验1~3的平衡常数的值分别为K1、K2、K3,则它们之间的关系为K1 K2 K3(填“>”、“<”或“=”)。
(4)为了验证增大催化剂的表面积、增大压强可提高化学反应速率这一结论,某同学在实验1的基础上又利用该容器设计了实验4和实验5,部分实验条件及数据见下表。请将表格补充完整。
实验编号 及其目的 |
V(容积)/L |
t/℃ |
n(A起始)/mol |
n(B起始)/mol |
催化剂的质量/g |
催化剂的表面积/m2·g—1 |
实验1参照对比实验 |
2 |
80 |
1.2 |
0 |
a |
b |
实验4:催化剂的表面积对反应速率的影响 |
|
|
|
|
|
|
实验5目的: |
1 |
|
|
|
|
|
CO2和CH4是两种重要的温室气体.通过CH4和CO2反应可以制造价值更高的化学品。
(1)25℃时.以镍合金为催化剂,向4L容器中通人6 mol CO2,4mol CH4,发生反应:
CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)平衡体系中各组分的浓度为:
①在该条件下达平衡时,CH4的转化率为____________.
②已知①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O (g) ΔH= -890.3KJ/mol
②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH= +2.8KJ/mol
③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH= -566.0KJ/mol
求反应CO2(g)+ CH4(g)2CO(g) +2H2(g)的ΔH=___________KJ/mol
(2)用Cu2Al2O4做催化剂,一定条件下发生反应:CO2+CH4(g)CH3COOH温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率如图,请回答下列问题:
①250-3000C时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。
②为提高上述反应CH4的转化率,可采取的措施有 (写2条)。
(3)Li4SiO4可用于吸收、释放CO2,原理是,5000C时CO2与Li2SiO4接触生成Li2CO3;平衡后加热至7000C ,反应逆向进行,放出CO2,Li4SiO4再生,将该原理用化学方程式表示(请注明正反应方向和逆反应方向的条件): 。
(4)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物.多孔固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,其反应原理如下图所示:
①根据下表数据,请你判断该电池工作的适宜温度应控制在 范围内(填字母序号)。
②放电时电极A为 极。
③充电时,总反应为Na2Sx="2Na+xS" (3<x<5).则阳极的电极反应式为 。
目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题:
I.甲烷自热重整是一种先进的制氢方法,其反应方程式为:
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)
(1)阅读下图,计算该反应的反应热ΔH = __________kJ/mol。
II.用CH4或其他有机物、O2为原料可设计成燃料电池。
(2)以CnH2nOn、O2为原料,H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池,则负极的电极反应式为______________________________________________________________________。
(3)以CH4、O2为原料,100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池,若放电时参与反应的氧气体积为448 mL(标准状况),产生的气体全部被溶液吸收,则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________,各离子浓度由大到小的顺序为______________________________。
III.利用I2O5消除CO污染的反应为:5CO(g) + I2O5(s) 5CO2(g) + I2(s),不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO,测得CO2的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答:
(4)T2时,0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
(5)T1时化学平衡常数K = ____________________。
(6)下列说法不正确的是___________(填字母序号)。
A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态 |
B.两种温度下,c点时体系中混合气体的压强相等 |
C.d点时,增大体系压强,CO的转化率不变 |
D.b点和d点时化学平衡常数的大小关系:Kb < Kd |
甲醇是重要的化工原料,在工业生产上的应用十分广泛。
(1)利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后可将H2与CO2转化为甲醇。
已知:光催化制氢:2H2O(l)==2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.5 kJ/mol
H2与CO2耦合反应:3H2(g)+CO2(g)==CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-137.8 kJ/mol
则反应:2H2O(l)+CO2(g) ="=" CH3OH(l)+3/2O2(g)的ΔH= kJ/mol
你认为该方法需要解决的技术问题有 。
a. 开发高效光催化剂
b. 将光催化制取的H2从反应体系中有效分离,并与CO2耦合催化转化
c. 二氧化碳及水资源的来源供应
(2)工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下(有关数据均为在298 K时测定):
反应I:CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) ΔH1=+92.09kJ/mol,K1=3.92×10-11。
反应II:CH3OH(g)+1/2O2(g)=HCHO(g)+H2O(g) ΔH2=-149.73 kJ/mol,K2=4.35×1029。
①从原子利用率看,反应(填“I”或“II”。下同)制甲醛的原子利用率更高 。从反应的焓变和平衡常数K值看,反应 制甲醛更有利。(原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。)
②右图是甲醇制甲醛有关反应的lgK(平衡常数的对数值)随温度T的变化。图中曲线(1)表示 (填“I”或“II”)的反应 。
(3)污水中的含氮化合物,通常先用生物膜脱氮工艺进行处理,在硝化细菌的作用下将NH4+氧化为
NO3-(2NH4++3O2=2HNO2+2H2O +2H+;2HNO2 +O2=2HNO3)。然后加入甲醇,甲醇和NO3-反应转化为两种无毒气体。
①上述方法中,1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为 g。
②写出加入甲醇后反应的离子方程式:
(4)某溶液中发生反应:A2B+C,A的反应速率v(A)与时间t的图象如图所示。若溶液的体积为2L,且起始时只加入A物质,下列说法错误的是
A.图中阴影部分的面积表示0~2min内A的物质的量浓度的减小值
B.反应开始的前2min,A的平均反应速率小于0.375mol・L-1・min-1
C.至2min时,A的物质的量减小值介于0.5mol至1mol之间
D.至2min时,B的物质的量浓度c(B)介于1~1.5mol・L-1之间
甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇。
I:CH4(g)+H2O(g)=CO(g) + 3H2(g) △H =+206.0 kJ·mol-1
II:CO(g)+2H2(g)=CH3OH (g) △H=-129.0 kJ·mol-1
(1)CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为 。
(2)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O ( g )通入容积为10 L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图。
①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示该反应的平均反应速率为 。
②100℃时反应I的平衡常数为 。
(3)在压强为0.1 MPa、温度为300℃条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇,平衡后将容器的容积压缩到原来的l/2,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是 (填字母序号)。
A.c ( H2 )减少 |
B.正反应速率加快,逆反应速率减慢 |
C.CH3OH 的物质的量增加 |
D.重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小 E.平衡常数K增大 |
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+ 做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。实验室用图装置模拟上述过程
①写出阳极电极反应式 。
②请写出除去甲醇的离子方程式 。
在一密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,△H<0达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示:回答下列问题:
(1)处于平衡状态的时间段是 (填选项)。
A.t0~t1
B.t1~t2
C.t2~t3
D.t3~t4
E.t4~t5
F.t5~t6
(2)t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是_____(填选项)。
A.增大压强
B.减小压强
C.升高温度
D.降低温度
E.加催化剂
F.充入氮气
t1时刻 ;t3时刻 ;t4时刻 。
(3)依据(2)中的结论,下列时间段中,氨的百分含量最高的是 (填选项)。
A.t0~t1 B.t2~t3 C.t3~t4 D.t5~t6
(4)如果在t6时刻,从反应体系中分离出部分氨,t7时刻反应达到平衡状态,请在图中画出反应速率的变化曲线。
(5)一定条件下,合成氨反应达到平衡时,测得混合气体中氨气的体积分数为20%,则反应后与反应前的混合气体体积之比为 。
化学反应原理在合成氨工业及氨的性质研究中具有广泛的应用。
(1)工业生产硝酸的第一步反应是氨的催化氧化反应,已知下列3 个热化学方程式(K 为平衡常数):
(2)工业合成氨所用的氢气主要来自天然气与水的反应,但这种原料气中往往混有一氧化碳杂质,工业生产中通过如下反应来除去原料气中的CO:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)ΔH<0。
①一定条件下,反应达到平衡后,欲提高CO 的转化率,可采取的措施有 、 。
②在容积为2 L 的密闭容器中发生上述反应,其中c(CO)随反应时间(t)的变化如图甲中曲线Ⅰ,如果在t0时刻将容器容积扩大至4 L,请在图甲中画出t0时刻后c(CO)随反应时间(t)的变化曲线。
(3)氨气的重要用途是合成尿素,一定条件下,NH3和CO2 合成尿素的反应为。当加料比例n(NH3)/n(CO2)="4" 时,CO2的转化率随反应时间(t)的变化如图乙所示,a 点v 逆(CO2) b 点v 正(CO2)(填“>”、“<”或“=”),NH3的平衡转化率为 。
(4)硫酸工业生产过程中产生的尾气可用氨水吸收,生成的(NH4)2SO3再与硫酸反应,将生成的SO2返回车间作生产硫酸的原料,而生成的(NH4)2SO4可作肥料。常温下,0.1mol·L-1(NH4)2SO4溶液中各离子浓度由大到小的顺序是 ;
若某工厂中使用的是室温下0.1 mol·L-1的氨水,那么该氨水的pH= 。
(已知
碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题:
(1)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后浓缩,再向浓缩液中加
和
,即可得到
,该反应的还原产物为。
(2)上述浓缩液中含有
、
等离子,取一定量的浓缩液,向其中滴加
溶液,当
开始沉淀时,溶液中
为:,已知
=1.8×10-10,
=8.5×10-17。
(3)已知反应
的
,1
、1
分子中化学键断裂时分别需要吸收436
、151
的能量,则1
分子中化学键断裂时需吸收的能量为
。
(4)
研究了下列反应:
在716
时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数
与反应时间
的关系如下表:
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
120 |
|
1 |
0.91 |
0.85 |
0.815 |
0.795 |
0.784 |
|
0 |
0.60 |
0.73 |
0.773 |
0.780 |
0.784 |
①根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为:。
②上述反应中,正反应速率为
正=
正·
,逆反应速率为
逆=
逆·
,其中
正、
逆为速率常数,则
逆为(以
和
正表示)。若
正 = 0.0027
,在
=40
时,
正=
③由上述实验数据计算得到
正~
和
逆~
的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为(填字母)