二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH1=-90.1 kJ·mol-1
(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1
水煤气变换反应:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ·mol-1
二甲醚合成反应:
(ⅳ)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-24.5 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是____________________________________________(以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响
________________________________________________________________________。
(3)有研究者在催化剂(含CuZnAlO和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________________________。
(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________
_____________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E=_______________(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h=3.6×106 J)。
氮是一种非常重要的元素,氨和肼(N2H4)是氮的两种常见化合物,在科学技术和生产中有重要的应用。
Ⅰ.(1)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为 。
(2)肼是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示,写出肼燃烧的热化学方程式 。
Ⅱ.氨的合成是最重要的化工生产之一。已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ·mol-1
在3个体积均为2L的密闭容器中,在相同的温度下,使用相同的催化剂合成氨,实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示:
试回答:
(1)下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是______________(填写序号字母)。
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
(2)分析上表数据,下列关系正确的是_________(填写序号字母)。
A.2c1>1.5mol·L-1 | B.w3=w1 |
C.2ρ1=ρ2 | D.K甲= K乙= K丙 |
(3)容器乙中反应从开始到达平衡平均速率为v(H2)= _____________。
III.直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH3+3O2=2N2+6H2O,电解质溶液一般使用KOH溶液,则负极电极反应式是__________ 。
有机物F是有机合成工业中一种重要的中间体。以甲苯和丙烯为起始原料合成F的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)化合物B中的含氧官能团名称是 。F的结构简式为 。
(2)写出C与银氨溶液共热的化学反应方程式: 。
(3)化合物D不能发生的反应有 (填序号)。
①加成反应②取代反应③消去反应④氧化反应⑤水解反应
(4)B的含苯环结构的同分异构体还有 种,其中一种的核磁共振氢谱中出现4个峰且不与FeCl3溶液发生显色反应的是 (填结构简式)。
【改编】有原子序数依次增大的A、B、C、D、E五种元素,A是短周期中族序数等于周期数的非金属元素;B元素的原子既不易失去也不易得到电子,其基态原子中每种能级电子数相同;C元素的价电子构型为nsnnpn+1;D的最外层电子数与电子层数之比为3:1;E是地壳中含量仅次于铝的金属元素,其合金用途最广,用量最大。
(1)E元素在周期表中的位置 ;E2+在基态时,核外电子排布式为 。
(2)A分别与B、C、D能形成电子数为10的化合物,它们的沸点由高到低的顺序是 (写分子式)。
(3)BD2分子的空间构型为________。B原子采用 杂化。
(4)B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序是____________(用元素符号表示)。
(5)C的单质分子的电子式为________。
(6)E能与C(非元素符号)形成一种磁性材料,其晶胞结构如图所示,则该磁性材料的化学式为 。
【物质结构与性质】已知元素A、B、C、D、E、F均属前四周期,且原子序数依次增大, A的p能级电子数是s能级电子数的一半,C的基态原子2p轨道有2个未成对电子;C与D形成的化合物中C显正化合价;E的M层电子数是N层电子数的4倍,F的内部各能级层均排满,且最外层电子数为1。请回答下列问题:
(1)C原子基态时的电子排布式为 。
(2)B、C两种元素第一电离能为: ﹥ (用元素符号表示)。
试解释其原因: 。
(3)任写一种与AB- 离子互为等电子体的微粒 。
(4)B与C形成的四原子阴离子的立体构型为 ,其中B原子的杂化类型是 。
(5)D和E形成的化合物的晶胞结构如图,其化学式为 ,E的配位数是 ;已知晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长a= cm.(用含、NA的计算式表示)
【化学与技术】海水占地球总储水量的97.2%。若把海水淡化和化工生产结合起来,既可以解决淡水资源缺乏的问题,又可以充分利用海洋资源。
(1)多级闪蒸法是目前“海水淡化”的主要技术。该法是在一定条件下将海水变成蒸汽,蒸汽经过冷却而得高纯度淡水。由此可判断多级闪蒸法是 (填“物理变化”或“化学变化”)。
(2)利用海水晒盐的原理是 ;分离食盐晶体后的母液中含有KCl、MgCl2,经过分离、提纯后,可用于 。
(3)“氯碱工业”利用电解饱和食盐水制得重要化工产品。在氯碱工业中,隔膜法电解(如图甲所示)工艺逐渐被离子交换膜电解(如图乙所示)技术取代。
①写出两电极的反应式:阳极 ,阴极 。
②石棉隔膜的作用是 。
离子交换膜电解槽中⑥、⑦分别是 、 。