火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)= 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160 kJ·mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。(2)脱碳。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3
①取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图1所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3 0(填“>”、“<”或“=”)。
②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。下列说法正确的是 (填字母代号)。
A.第10 min后,向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2,则再次达到平衡时c(CH3OH)="1.5" mol/L |
B.0~10 min内,氢气的平均反应速率为0.075 mol/(L·min) |
C.达到平衡时,氢气的转化率为0.75 |
D.升高温度将使n(CH3OH)/n(CO2)减小 |
③甲醇燃料电池结构如下图所示。其工作时正极的电极反应式可表示为
(3)脱硫。某种脱硫工艺中将废气经处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH<7,其中原因可用一个离子方程式表示为: ;在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液,溶液的pH=7,则溶液中c(Na+)+c(H+) c(NO3-)+c(OH-)(填“>”“=”或“<”)
(1)氨气是一种重要的化工原料,合成氨的原料气之一H2可通过反应:
CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H=+161.1KJ/mol获取。已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图1,请回答:
①图-1中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1Mpa、2Mpa时甲烷含量曲线,其中表示1Mpa的是________。
②已知:在700 ℃,1 MPa时,1 mol CH4与1 mol H2O在1 L的密闭容器中反应,6min达到平衡(如图2),该温度下反应的平衡常数为______________(结果保留小数点后一位数字)。
③从图2分析,由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是_________(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”),采取的措施可能是_____________________。
(2)工业上用NH3和CO2反应可合成尿素:
2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(g)+ H2O(g)△H1=—536.1 kJ/mol。
①其他条件不变,下列方法能同时提高化学反应速率和尿素产率的是 。
A.通入氦气 | B.缩小体积 |
C.加入催化剂 | D.除去体系中的水蒸气 |
②尿素可用于处理汽车尾气。CO(NH2)2(g)与尾气中NO反应生成CO2、N2、H2O(g)排出。
又知:4NH3(g)+ 6NO(g)= 5N2(g) + 6H2O(g) △H2=-1806.4 kJ/mol,
写出CO(NH2)2(g)与NO反应的热化学方程式 。
(3)美国Simons等科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法,其装置用铂作为电极、加入碱性电解质溶液,其电池反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O。
①写出该燃料电池的正极反应式 。
②若用该燃料电池产生的电能在铁皮上镀锌(制白铁皮),某铁皮上现需要镀上9.75g锌,理论上至少需要消耗标准状况的氨气 L。
从野菊花中可以提取一种具有降压、抗肿瘤作用的有机物绿原酸M,利用绿原酸M可合成两种医药中间体C和E,其合成路线如下(部分反应条件未注明):
已知:R—CH=CH—R2R—CHO
(1)M的分子式为______,1molM最多能与_____molNaOH反应;
(2)B中含氧官能团的名称是_______,C是一种芳香族化合物,其结构简式为________;
(3)由D生成E的化学方程式为________,反应类型是__________;
(4)E的同分异构体中含有苯环且遇氯化铁溶液显紫色的还有____种(不考虑立体异构),其中核磁共振氢谱为4组峰,且面积比为2:2:1:1的结构简式是___________;(任写一种)
(5)由乙苯经如下步骤可合成苯甲醇:
反应I所选用的试剂和反应条件为___________________________,如果F分子中不存在甲基,则反应2方程式为___________________________________________________________。
选考【化学-有机化学基础】以下是某化学兴趣小组为合成某药物设计的部分路线图(部分反应条件略去):
已知:
请根据要求回答下列问题:
(1)A分子中含有的官能团名称是_________(填名称)。
(2)下列关于C的说法正确的是 (填序号)。
a.分子式为C13H11O3
b.属于芳香族化合物
c.能发生取代、加成反应,但不能发生消去反应
d.C可能存在含有两个苯环的同分异构体
(3)X的结构简式为 ;
(4)D发生聚合反应生成的高聚物的结构简式为 ;
(5)合成药物时,中间产物E的结构如图。E在一定条件下催化氧化,生成物能发生银镜反应。该反应的化学方程式为 。
(6)满足下列条件的X的同分异构体有____种。
①遇氯化铁溶液显紫色;②能发生银镜反应
选考【化学-物质结构与性质】尿素是目前含氮量最高的氮肥,作为一种中性肥料,尿素适用于各种土壤和植物。它易保存,使用方便,对土壤的破坏作用小,是目前使用量较大的一种化学氮肥。已知尿素的结构式为。另外尿素可用于制有机铁肥,主要代表物有三硝酸六尿素合铁(Ⅲ),化学式为[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3。请回答下列问题:
(1)基态Fe3+的核外电子排布式为 ;C、N、O三种元素的电负性由大到小的顺序是 。
(2)尿素分子中N原子的杂化方式是 。三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)中的NO3—空间构型是________。
(3)配合物Fe(CO)x常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)x晶体属于________(填晶体类型)。Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18,则x=____。Fe(CO)在一定条件下发生反应:Fe(CO)x(s)Fe(s)+xCO(g),已知反应过程中只断裂配位键,则该反应生成物含有的化学键类型有_____。
(4)铁的金属密堆积方式为体心立方结构,结构如图所示。
则晶胞中铁原子的配位数为__________。如果铁原子的半径为r pm,则该堆积方式的空间利用率的计算式为_______________。(不必计算结果)
下面是利用工业冶炼硫酸铜(含有Fe2+、AsO2-、Ca2+等杂质)提纯制备电镀硫酸铜的生产流程。
已知:①Fe3+ 、Cu2+开始沉淀的pH分别2.7、5.4,完全沉淀的pH分别为3.7、6.4;
②KSP[(Cu(OH)2]=2×10-20
(1)溶解操作中需要的主要玻璃仪器有______________。
(2)氧化步骤中发生的离子反应方程式有____________________________________
和H3AsO4+Fe3+=FeAsO4↓+3H+。
(3)若要检验调节pH后溶液的Fe3+是否除尽,方法是 ;氧化后需要将溶液进行稀释,稀释后的溶液中铜离子浓度最大不能超过 mol/L。
(4)固体I的主要成分除 FeAsO4外还有 ,操作I的程序依次为 、 、过滤、干燥。
(5)利用以上电镀级硫酸铜作为电解质溶液,电解粗铜(含铁、银杂质)制备纯铜,写出阳极发生的电极反应方程式 。