(10分)“低碳循环”引起各国的高度重视,已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO
和H2为主的合成气,合成气有广泛应用。试回答下列问题:
(1)高炉炼铁基本反应为:FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH>0。已知在1 100 ℃时,该反应的化学平衡常数K=0.263。
①温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,此时平衡常数K值 (填“增大”、“减小”或“不变”);
②1100 ℃时测得高炉中,c(CO2)="0.025" mol·L-1,c(CO)="0.1" mol·L-1,则在这种情况下,该反应向 进行(填“左”或“右”),判断依据是 。
(2)目前工业上也可用CO2来生产燃料甲醇,有关反应为:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,现向体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,反应过程中测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= 。
②反应达到平衡后,下列措施能使[CH3OH]∕[CO2]增大的是 (填符号)。
A.升高温度 |
B.再充入H2 |
C.再充入CO2 |
D.将H2O(g)从体系中分离 |
E.充入He(g)
随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
Ⅰ.处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2
CH4(g)+2NO2 (g)=N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)△H3=-867kJ·mol-1
则△H2=。
Ⅱ. 化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。(1)将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一,反应为C(s) + H2O(g)= CO(g) + H2(g),
该反应的化学平衡常数表达式为K=。 800℃时,将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中,发生反应:CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变,t2时再向容器中充入CO、H2各1mol,平衡将移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。t2时,若改变反应条件,导致H2浓度发生如图t2后所示的变化,则改变的条件可能是(填符号)。
a加入催化剂b降低温度c缩小容器体积d减少CO2的量
(2)碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:
①用离子方程式表示反应器中发生的反应。
②用化学平衡移动的原理分析,在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是。
Ⅲ.开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示:
通入a气体的电极是原电池的极(填“正”或“负”),其电极反应式为。
卤代烃(R—X)在醚类溶剂中与Mg反应可制得格氏试剂,格氏试剂在有机合成方面用途广泛。
(R表示烃基,R′和 R”表示烃基或氢)
现某有机物A有如下转化关系:
试回答下列问题:
(1)B→C的反应类型是。
(2)B→A的化学反应方程式是。
(3)G的结构简式是。
(4)I中所含官能团的名称是。
(5)写出一种满足下列条件的物质I的同分异构体的结构简式。
①能发生银镜反应;②核磁共振氢谱有3个峰; ③拥有最多的甲基
(6)聚苯乙烯(PS)是一种多功能塑料,广泛应用于食品包装,绝缘板,商业机器设备等许多日常生活领域中。写出以 D和苯为主要原料制备聚苯乙烯的合成路线流程图(无机试剂任选)。合成路线流程图示例如下:
我国科研人员从天然姜属植物分离出的一种具有显著杀菌、消炎、解毒作用的化合物H。H的合成路线如下:
(1)A→B的反应类型是。
(2)化合物B中的含氧官能团为和(填官能团名称)。
(3)写出同时满足下列条件的B的一种同分异构体的结构简式。
I.苯环上有两个取代基;II.分子中有6种不同化学环境的氢;III.既能与FeCl3溶液发生显色反应,又能发生银镜反应,水解产物之一也能发生银镜反应。
(4)实现F→G的转化中,加入的化合物X(C12H14O3)的结构简式为。
(5)化合物是合成紫杉醇的关键化合物,请写出以
为原料制备该化合物的合成路线流程图(无机试剂任用)。合成路线流程图示例如下:
多晶硅是太阳能光伏产业的重要原料。
(1)由石英砂可制取粗硅,其相关反应的热化学方程式如下:
①反应SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)的△H=kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。
②SiO是反应过程中的中间产物。隔绝空气时,SiO与NaOH溶液反应(产物之一是硅酸钠)的化学方程式是。
(2)粗硅提纯常见方法之一是先将粗硅与HCl制得SiHCl3,经提纯后再用H2还原:SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)不同温度及不同n(H2)/n(SiHCl3)时,反应物X的平衡转化率关系如图;
①X是(填“H2”、“SiHCl3”)。
②上述反应的平衡常数K(1150℃)K(950℃)(选填“>”、“<”、“=”)
(3)SiH4(硅烷)法生产高纯多晶硅是非常优异的方法。
①用粗硅作原料,熔盐电解法制取硅烷原理如图10,电解时阳极的电极反应式为。
②硅基太阳电池需用N、Si两种元素组成的化合物Y作钝化材料,它可由SiH4与NH3混合气体进行气相沉积得到,已知Y中Si的质量分数为60%,Y的化学式为。
CuSO4溶液与K2C2O4溶液反应,得到一种蓝色结晶水合物晶体。通过下述实验确定该晶体的组成:
①称取0.1680g晶体,加入过量的H2SO4溶液,使样品溶解后加入适量水,加热近沸,用0.02000mol·L-1KMnO4溶液滴定至终点(溶液变为浅紫红色),消耗20.00mL。
②接着将溶液充分加热,使浅紫红色变为蓝色,此时MnO—4转化为Mn2+并释放出O2。
③冷却后加入2g KI固体(过量)和适量Na2CO3,溶液变为棕色并生成沉淀。
④用0.05000mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,近终点加指示剂,滴定至终点,消耗10.00mL。
已知:2MnO—4+5H2C2O4+6H+==2Mn2++10CO2↑+8H2O
2Cu2++4I—=2CuI↓+I2
2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6
(1)步骤②中发生反应的离子方程式为。
(2)步骤④中加入的指示剂为。
(3)通过计算写出蓝色晶体的化学式(写出计算过程)。