(本题共17分)2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)CO2是大气中含量最高的一种温室气体,控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。目前,由CO2来合成二甲醚已取得了较大的进展,其化学反应是:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H>0。
①写出该反应的平衡常数表达式 。
②判断该反应在一定条件下,体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是 。
A.容器中密度不变
B.单位时间内消耗2molCO2,同时消耗1mol二甲醚
C.v(CO2)︰v(H2)=1︰3
D.容器内压强保持不变
(2)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO (g) 2CO2 (g) +N2 (g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如图所示。据此判断:
① 该反应的ΔH 0(选填“>”、“<”)。
②当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在右图中画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(3)已知:CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)△H =" -a" kJ•mol-1。
①经测定不同温度下该反应的平衡常数如下:
温度(℃) |
250 |
300 |
350 |
K |
2.041 |
0.270 |
0.012 |
若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO)="0.4" mol·L-1、c(H2)="0.4" mol·L-1、c(CH3OH)="0.8" mol·L-1, 则此时v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)。
②某温度下,在体积固定的2L的密闭容器中将1 mol CO和2 mol H2混合,测得不同时刻的反应前后压强关系如下:
时间(min) |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
压强比(P后/P前) |
0.98 |
0.90 |
0.80 |
0.70 |
0.70 |
0.70 |
达到平衡时CO的转化率为 。
(4)氨有着广泛的用途,如可用于化肥、硝酸、合成纤维等工业生产。用0.10mol·L—1盐酸分别滴定20.00mL0.10mol·L—1的NaOH溶液和20.00mL0.10mol·L—1氨水所得的滴定曲线如下:
请指出盐酸滴定氨水的曲线为 (填A、B),请写出曲线a点所对应的溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序 。
(5)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。氨在燃烧实验验中相关的反应有:
4NH3(g)+3O2(g)= 2N2(g)+6H2O(l) △H1 ①
4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(l) △H2 ②
4NH3(g)+6NO(g)= 5N2(g)+6H2O(l) △H3 ③
请写出上述三个反应中△H1、△H2、△H3三者之间关系的表达式,△H1= 。
(6)美国Simons等科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法,其装置为用铂作为电极,加入电解质溶液中,其电池反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O。写出该燃料电池的正极反应式 。
常温下,将某一元碱BOH和HCl溶液等体积混合,两种溶液的浓度和混合后所得溶液的pH如下表:
实验编号 |
HCl的物质的量浓度 (mol·L-1) |
BOH的物质的量浓度 (mol·L-1) |
混合溶液的pH |
① |
0.1 |
0.1 |
pH=5 |
② |
c |
0.2 |
pH=7 |
③ |
0.1 |
0.2 |
pH>7 |
请回答:
(1)从第①组情况分析,BOH是(选填“强碱”或“弱碱”)。该组所得混合溶液中由水电离出的
c(OH—)=mol·L-1。
(2)第②组情况表明,c0.2。该混合液中离子浓度c(B+)c(Cl—)(选填“<”、“>”或“=”)。
(3)从第③组实验结果分析,混合溶液中(选填“<”、“>”或“=”)
甲:BOH的电离程度BCl的水解程度
乙:c(B+)—2 c (OH—)c(BOH)—2 c(H+)
图a是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,图b是反应中的CO和NO的浓度随时间变化的示意图。根据图意回答下列问题:
a b
(1)写出NO2和CO反应的热化学方程式。
(2)从反应开始到平衡,用NO2浓度变化表示平均反应速率v(NO2)=。
(3)此温度下该反应的平衡常数K=;温度降低,K(填“变大”、“变小”或“不变”)
(4)若在温度和容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:
容器 |
甲 |
乙 |
丙 |
反应物投入量 |
1 mol NO2 1 mol CO |
2 mol NO 2 mol CO2 |
1 mol NO2、1 mol CO 1 mol NO、1 mol CO2 |
平衡时c(NO) /mol·L-1 |
1.5 |
3 |
m |
能量变化 |
放出a kJ |
吸收b kJ |
放出c kJ |
CO或NO的转化率 |
α1 |
α2 |
α3 |
则:α1+α2=, a+b/2=,m=
化合物A是一种酯,它的分子式为C4H8O2,有下图转化关系。试回答下列问题。
(1)A的名称是。
(2)B的结构简式是。
(3)D中含有的官能团(填名称)。
(4)写出B和C生成A的化学方程式。
(1)固定和利用CO2能有效地利用资源,并减少空气中的温室气体。工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ·mol-1。某科学实验将6molCO2和8molH2充入2L密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如右图所示(实线)。图中数据a(1,6)代表的意思是:在l min时H2的物质的量是6mol。
①下列时间段平均反应速率最大的是__________,最小的是______________。
A.0~1min | B.1~3min | C.3~8min | D.8~11min |
②仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示,曲线Ⅰ对应的实验改变的条件是________,曲线Ⅱ对应的实验改变的条件是_________。
(2)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,等量的CO2和H2O(g)在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。在0~30 h内,CH4的平均生成速率v(Ⅰ)、v(Ⅱ)和v(Ⅲ)从大到小的顺序为。反应开始后的12小时内,在第___________种催化剂的作用下,收集的CH4最多。
蛇纹石可用于生产氢氧化镁,简要工艺流程如下:
I.制取粗硫酸镁:用酸液浸泡蛇纹石矿粉,过滤;并在常温常压下结晶,制得粗硫酸镁(其中常含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等杂质离子)。
II.提纯粗硫酸镁:将粗硫酸镁在酸性条件下溶解,加入适量的0.1 mol·L-H2O2溶液,再调节溶液pH至7~8,并分离提纯。
III.制取氢氧化镁:向步骤II所得溶液中加入过量氨水。
已知:金属离子氢氧化物沉淀所需pH
Fe3+ |
Al3+ |
Fe2+ |
Mg2+ |
|
开始沉淀时 |
1.5 |
3.3 |
6.5 |
9.4 |
沉淀完全时 |
3.7 |
5.2 |
9.7 |
12.4 |
请回答下列问题:
(1)步骤II中,可用于调节溶液pH至7~8的最佳试剂是(填字母序号)。
A. MgO B. Na2CO3 C. 蒸馏水
(2)Fe2+与H2O2溶液反应的离子方程式为。
(3)工业上常以Mg2+的转化率为考察指标,确定步骤III制备氢氧化镁工艺过程的适宜条件。其中,反应温度与Mg2+转化率的关系如右图所示。
①步骤III中制备氢氧化镁反应的离子方程式为。
②根据图中所示50 ℃前温度与Mg2+转化率之间的关系,可判断此反应是
(填“吸热”或“放热”)反应。
③图中,温度升高至50 ℃以上Mg2+转化率下降的可能原因是。
④ Ksp表示沉淀溶解平衡的平衡常数。已知:
Mg(OH)2(s) Mg2+ (aq)+ 2OH- (aq) Ksp = c(Mg2+)·c2(OH-) = 5.6×10-12
Ca(OH)2(s) Ca2+ (aq) + 2OH- (aq)Ksp = c(Ca2+)·c2(OH-) = 4.7×10-6
若用石灰乳替代氨水,(填“能”或“不能”)制得氢氧化镁,理由是。