CO2作为未来碳源,既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”,又可有效地解决温室效应。请回答下列问题:
(1)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H =" +206" kJ·mol-1。将等物质的量的CH4和H2O(g)充入2 L恒容密闭容器,某温度下反应5 min后达到平衡,此时测得CO的物质的量为0.10 mol,则5 min内H2的平均反应速率为 。
平衡后可以采取下列 的措施能使n(CO):n(CH4)增大。
A.加热升高温度
B.恒温恒容下充入氦气
C.恒温下增大容器体积
D.恒温恒容下再充入等物质的量的CH4和H2O
(2)工业上可以利用CO为原料制取CH3OH。
已知:CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H="-49.5" kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=" +" 41.3 kJ·mol-1
①试写出由CO和H2制取甲醇的热化学方程式 。
②该反应的△S 0(填“>”或“<”或“=”),在 情况下有利于该反应自发进行。
(3)某科研人员为研究H2和CO合成CH3OH的最佳起始组成比n(H2) : n(CO),在l L恒容密闭容器中通入H2与CO的混合气(CO的投入量均为1 mol),分别在230°C、250°C和270°C进行实验,测得结果如下图,则230℃时的实验结果所对应的曲线是 (填字母);理由是 。列式计算270℃时该反应的平衡常数K: 。
以铬铁矿(主要成分是FeO·Cr2O3,含少量MgCO3、Al2O3、SiO2等)为原料制取铬酸钠(Na2CrO4)晶体的工艺流程如下:
已知:①+3价Cr在酸性溶液中性质稳定,当pH>9时以形式存在且易氧化;②常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下。
阳离子 |
Fe3+ |
Fe2+ |
Mg2+ |
Al3+ |
Cr3+ |
开始沉淀时的pH |
2.7 |
7.6 |
9.0 |
—— |
—— |
沉淀完全时的pH |
3.7 |
9.6 |
11.0 |
8 |
9(>9溶解) |
(1)流程中两次使用了H2O2,分别写出反应的离子方程式:__________________、_________________。
(2)加入NaOH调节溶液的pH=8时,被除去的离子是________;调节溶液的pH>11时,被除去的离子是________。
(3)“调pH=8”和“调pH>11”中间的“过滤”步骤不能省略,为什么?____________。
(4)流程图中内的操作是______________________。
按要求完成下列填空
Ⅰ.已知:①2C3H8(g)+7O2(g)=6CO(g)+8H2O(l) ΔH=-2741.8kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH="-566" kJ/mol
(1)反应C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)的ΔH=;
(2)C3H8在不足量的氧气里燃烧,生成CO和CO2以及气态水,将所有的产物通入一个固定体积的密闭容器中,在一定条件下发生如下可逆反应:CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH>0
①下列事实能说明该反应达到平衡的是;
a.体系中的压强不发生变化
b.υ正(H2)=υ逆(CO)
c.混合气体的平均相对分子质量不发生变化
d.CO2的浓度不再发生变化
②在某温度下,反应物的起始浓度分别为:c(CO)=" 1" mol·L-1, c(H2O)="2.4" mol·L-1; 达到平衡后,CO的转化率为60%,该反应在此温度下的平衡常数是;
(3)熔融碳酸盐燃料电池的电解质为Li2CO3和 Na2CO3的混合物,燃料为CO,在工作过程中,电解质熔融液的组成、浓度都不变,写出负极发生的电极反应式。
Ⅱ.氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得:
SiO2+C +N2Si3N4+CO根据题意完成下列各题:
(1)配平上述化学反应方程式。SiO2+C +N2Si3N4+CO
(2)为了保证石英和焦炭尽可能的转化,氮气要适当过量。某次反应用了30mol氮气,反应生成了5mol一氧化碳,则此时混合气体的平均摩尔质量是。
(3)氮化硅陶瓷的机械强度高,硬度接近于刚玉(A12O3),热稳定性好,化学性质稳定。以下用途正确的是。
A.可以在冶金工业上制成坩埚、铝电解槽衬里等设备 |
B.在电子工业上制成耐高温的电的良导体 |
C.研发氮化硅的全陶发动机替代同类型金属发动机 |
D.氮化硅陶瓷的开发受到资源的限制,没有发展前途 |
(14分)绿矾(FeSO4·7H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法:
查询资料,得有关物质的数据如下表:
25 ℃时 |
pH值 |
饱和H2S溶液 |
3.9 |
SnS沉淀完全 |
1.6 |
FeS开始沉淀 |
3.0 |
FeS沉淀完全 |
5.5 |
(1)操作Ⅱ中,通入硫化氢至饱和的目的是____________;在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是_______________________________________________________。
(2)操作Ⅳ的顺序依次为蒸发浓缩、冷却结晶、___________________________。
(3)操作Ⅳ得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤,其目的是:①除去晶体表面附着的硫酸等杂质②_____________。
(4)测定绿矾产品中Fe2+含量的方法是:a.称取2.850 g绿矾产品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中;c.用硫酸酸化的0.010 00 mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。
①滴定时盛放KMnO4溶液的仪器为________(填仪器名称)。
②判断此滴定实验达到终点的方法是_____________________________________。
③计算上述样品中FeSO4·7H2O的质量分数为_______________________________。
(12分)Ⅰ.某反应中反应物与生成物有: AsH3、H2SO4、KBrO3、K2SO4、H3AsO4、H2O和一种未知物单质X。
(1)写出反应的化学方程式:__________________________________________________。
(2)根据上述反应可推知________。
a.氧化性:KBrO3>H3AsO4
b.氧化性:H3AsO4>KBrO3
c.还原性:AsH3>X
d.还原性:X>AsH3
Ⅱ.常见的五种盐A、B、C、D、E,它们的阳离子可能是Na+、、Cu2+、Ba2+、Al3+、Ag+、Fe3+,阴离子可能是Cl-、NO3-、SO42-、CO32-,已知:
①五种盐均溶于水,水溶液均为无色。
②D的焰色反应呈黄色。
③A的溶液呈中性,B、C、E的溶液呈酸性,D的溶液呈碱性。
④若在这五种盐的溶液中分别加入Ba(NO3)2溶液,只有A、C的溶液不产生沉淀。
⑤若在这五种盐的溶液中,分别加入氨水,E和C的溶液中生成沉淀,继续加氨水,C中沉淀消失。
⑥把A的溶液分别加入到B、C、E的溶液中,均能生成不溶于稀硝酸的沉淀。请回答:
(3)所含阴离子相同的两种盐的化学式是________________________________。
(4)A的化学式为________,D溶液显碱性的原因是(用离子方程式表示): ______________________。
(5)若要检验B中所含的阳离子,正确的实验方法是_________________________________________。
(14分)CH4和CO2反应可以制造价值更高的化学产品。
(1)250℃时,以镍合金为催化剂,向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4,发生反应:CO2 (g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。达到平衡时CH4的物质的量为2mol。
①此温度下,该反应的平衡常数K=________(注明单位)。
②保持温度不变,改变CH4和CO2的初始物质的量之比,充入容器进行反应,下列描述能够说明体系处于平衡状态的是(填序号)。
a.容器内气体平均相对分子质量不随时间改变
b.混合气体的密度不随时间改变
c.单位时间内生成a mol CO2的同时消耗2a mol H2
d.混合气中n(CH4)∶n(CO2)∶n(CO)∶n(H2) =1∶1∶4∶4
③已知:a.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1kJ·mol-1
b.CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g) △H2kJ·mol-1
c.2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H3kJ·mol-1
反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H="__" kJ·mol-1
(2)用Cu2Al2O4做催化剂,一定条件下,发生反应:
CO2+CH4CH3COOH,温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率如图。
250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_________________________ __________。
(3)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,
①若寻找吸收CO2的其他物质,下列建议合理的是_________。
A.可在碱性氧化物中寻找
B. 可在具有强氧化性的物质中寻找
C.在ⅠA、ⅡA族元素的氧化物中寻找
②Li4SiO4可用于吸收、释放CO2, 原理是: 500℃时,CO2与Li4SiO4接触生成Li2CO3;平衡后加热至700℃,反应逆向进行,放出CO2,Li4SiO4再生,该原理的化学方程式___________ ____________________________________。
(4)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示,在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y,有关电极反应可表示为______________________。