(14分)乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇的一种反应原理为:2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H=—256.1kJ·mol—1。
已知:H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol—1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=—41.2kJ·mol—1
(1)以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式如下:
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(l) △H= 。
(2)CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2OCO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表:
温度/℃ |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
平衡常数 |
0.45 |
1.92 |
276.5 |
1771.5 |
①该反应是_____反应(填“吸热”或“放热”);
②T℃时,向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O(g),平衡时c(CH4)=0.5mol·L—1,该温度下反应CH4+H2OCO+3H2的平衡常数K= 。
(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5 为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图。
①若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为 ;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在 左右。
②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染。写出CH4与NO2发生反应的化学方程式: 。
(4)乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2—离子。该电池负极的电极反应式为 。
【改编】【化学——选修5:有机化学基础】5-氯-2,3-二氢-1-茚酮是是一种重要的医药中间体。
已知:
以化合物A(分子式为C7H7Cl)为原料合成5-氯-2,3-二氢-1-茚酮(化合物F)工艺流程如下:
(1)A的名称为 ,C分子中含氧官能团的名称为_______,反应D→E的反应类型 。
(2)1molB在一定条件下最多能与______molNaOH反应。
(3)E→F的化学方程为 。
(4)写出满足下列条件的有机物D的同分异构体的结构简式: (任写一种)。
①1,3,5—三取代苯,但不含甲基;
②能发生银镜反应;
③与氯化铁溶液显紫色
(5)根据已有知识并结合相关信息,写出以化合物F和CH2(COOC2H5)2为有机反应原料制备的合成路线流程图(注明反应条件)。合成路线流程图示例如下:
【化学——选修3:物质结构与性质】决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题:
(1)已知A和B为第三周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
电离能/kJ·mol-1 |
I1 |
I2 |
I3 |
I4 |
A |
578 |
1817 |
2745 |
11578 |
B |
738 |
1451 |
7733 |
10540 |
A通常显____价,A的电负性______B的电负性(填“>”、“<”或“=”)。
(2)紫外光的光子所具有的能量约为399 kJ·mol-1。根据下表有关蛋白质分子中重要化学键的信息,说明人体长时间照射紫外光后皮肤易受伤害的原因___________;组成蛋白质的最简单的氨基酸中的碳原子杂化类型是 ;
共价键 |
C-C |
C-N |
C-S |
键能/ kJ·mol-1 |
347 |
305 |
259 |
(3)实验证明:KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图所示),已知3种离子晶体的晶格能数据如下表:
离子晶体 |
NaCl |
KCl |
CaO |
晶格能/kJ·mol-1 |
786 |
715 |
3401 |
则该4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是:_______________;其中MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有 个。
(4)[LiC60]PF6与NaCl具有类似的晶胞结构([LiC60]+表示1个Li+位于1个C60内部)。[LiC60]PF6晶体中包含的化学键有_____________(填字母);
A.金属键
B.离子键
C.极性键
D.非极性键
E.范德华力
已知[LiC60]PF6晶体晶胞边长为a nm,计算[LiC60]PF6晶体的密度为_______g/cm3(用含a、NA的式子表示)。
【化学选修——2:化学与技术】水处理技术在生产、生活中应用广泛。
(1)根据水中Ca2+、Mg2+的多少,把天然水分为硬水和软水,硬水必须经过软化才能使用。
①硬水软化的方法通常有___________、__________和离子交换法。离子交换树脂使用了一段时间后,逐渐由NaR型变为CaR2(或MgR2)型,而失去交换能力。把CaR2(或MgR2)型树脂置于____中浸泡一段时间,便可再生。
②当洗涤用水硬度较大时,洗衣粉与肥皂相比,_______洗涤效果较好,原因是_______________。
(2)工业上常用绿矾做混凝剂除去天然水中含有的悬浮物和胶体,为了达到更好的效果,要将待处理的水pH调到9左右,再加入绿矾。请解释这一做法的原因:__________。(用必要的离子方程式和文字描述)。
(3)最近我国某地苯胺大量泄漏于生活饮用水的河道中,当地采取的应急措施之一是向河水中撒入大量的活性炭,活性炭的作用是___________________。
【原创】CO、CO2、H2、H2O、CH4等物质是常见的基础化学物质,这些物质与人类的生产、生活有密切关系。科研人员深入研究这些物质,应用它们合成CH3OH、CH3CH2OH、CH3OCH3等已经实现。
(1)实现反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H,对减少温室气体排放和减缓燃料危机具有重要意义。
已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=—566kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=—484kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=—802kJ/mol
则反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=________;
(2)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种不同温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)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KI_____KⅡ(填“>”或“=”或“<”);
②一定温度下,此反应在恒压容器中进行,能判断该反应达到化学平衡状态依据的是_____。
a.容器中压强不变b.H2的体积分数不变
c.c(H2)=3c(CH3OH) d.2个C=O断裂的同时有6个H—H断裂
③若在一定温度时,将lmol CO2和2mol H2充入一密闭恒容容器中,充分反应5min后达到平衡,CO2的转化率为60%,则用氢气表示的反应速率为_________,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____________。
a.升高温度
b.增加CO2的量
c.充入He,使体系总压强增大
d.按原比例再充入CO2和H2
(3)某甲醇燃料电池原理如图所示:,则N电极是______极(填“正”或“负”),M区发生反应的电极反应式为_______________________________。
实验室常用苯甲醛在浓氢氧化钠溶液中制备苯甲醇和苯甲酸,反应如下:
已知:
①苯甲酸在水中的溶解度为:0.18g(4℃)、0.34g(25℃)、0.95g(60℃)、6.8g(95℃)。
②乙醚沸点34.6℃,密度0.7138,易燃烧,当空气中含量为1.83~48.0%时易发生爆炸。
③石蜡油沸点高于250℃;④苯甲醇沸点为205.3℃。
实验步骤如下:
①向图l所示装置中加入8g氢氧化钠和30mL水,搅拌溶解。稍冷,加入10 mL苯甲醛。开启搅拌器,调整转速,使搅拌平稳进行。加热回流约40 min。
②停止加热,从球形冷凝管上口缓缓加入冷水20 mL,摇动均匀,冷却至室温。然后用乙醚萃取三次,每次10 mL。水层保留待用。合并三次萃取液,依次用5 mL饱和亚硫酸氢钠溶液洗涤,10 mL 10%碳酸钠溶液洗涤,10 mL水洗涤,然后分液,将水层弃去,所得醚层进行实验步骤③。
③将分出的醚层,倒入干燥的锥形瓶中,加无水硫酸镁,注意锥形瓶上要加塞。将锥形瓶中溶液转入图2 所示的蒸馏装置,先缓缓加热,蒸出乙醚;蒸出乙醚后必须改变加热方式、冷凝方式,继续升高温度并收集205℃~206℃的馏分得产品A。
④将实验步骤②中保留待用的水层慢慢地加入到盛有30 mL浓盐酸和30 mL水的混合物中,同时用玻璃棒搅拌,析出白色固体。冷却,抽滤,得到粗产品,然后提纯得产品B。
根据以上步骤回答下列问题:
(1)步骤②萃取时用到的玻璃仪器除了烧杯、玻璃棒外,还需 (仪器名称)。
(2)步骤②中饱和亚硫酸氢钠溶液洗涤是为了除去 ,而用碳酸钠溶液洗涤是为了除去醚层中极少量的苯甲酸。醚层中少量的苯甲酸是从水层转移过来的,请用离子方程式说明其产生的原因 。
(3)步骤③中无水硫酸镁的作用是 ,锥形瓶上要加塞的原因是 ,产品A为 。
(4)步骤③中蒸馏除去乙醚的过程中采用的加热方式为 ;蒸馏得产品A的加热方式是 。
(5)步骤④中提纯产品B时所用到的实验方法为_______。