“低碳循环”引起各国的高度重视,而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。
(1)写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式 。
已知:①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH=-41kJ·mol-1
②C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-73kJ·mol-1
③2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH=-171kJ·mol-1
(2)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为:2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)。已知一定条件下,该反应中CO2的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO2)]的变化曲线如下左图:
①在其他条件不变时,请在上图中画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比[n(H2) / n(CO2)]变化的曲线图。
②某温度下,将2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是 ;
A.P3>P2,T3>T2 B.P1>P3,T1>T3
C.P2>P4,T4>T2 D.P1>P4,T2>T3
③在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 ;
A.正反应速率先增大后减小
B.逆反应速率先增大后减小
C.化学平衡常数K值增大
D.反应物的体积百分含量增大
E.混合气体的密度减小
F.氢气的转化率减小
(3)最近科学家再次提出“绿色化学”构想:把空气吹入碳酸钾溶液,然后再把CO2从溶液中提取出来,经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料电池,写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式__ 。以此燃料电池作为外接电源按图所示电解硫酸铜溶液,如果起始时盛有1000mL pH=5的硫酸铜溶液(25℃,CuSO4足量),一段时间后溶液的pH变为1,此时可观察到的现象是 ;若要使溶液恢复到起始浓度(温度不变,忽略溶液体积的变化),可向溶液中加入 (填物质名称),其质量约为 g。
湿式吸收一电解再生法,是采用氧化一电解的双反应器对含硫化氢的废气进行脱硫制氢。实验表明,双反应器法可以在较宽的范围内实现对硫化氢的有效吸收,并可同时制取氢气和硫磺,该法基本流程见图l,其中氧化吸收器中为FeCl3溶液,电解反应器可实现FeCl3溶液的恢复及H2的制备。
(1)氧化反应器中发生的主要反应的离子有程式为________
(2)电解反应器中,阳极反应式是________
(3)某研究小组在实验室中模拟上述过程,研究FeCl3溶液吸收H2S气体的效率,实验时要先向FeCl3溶液中通人N2,其目的是________。对影响吸收效率的因素提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:H2S气体的通入速率;
假设二:;
假设三: .
请你设计实验就假设一进行验证,将实验步骤及结论补充完整(注:可用pH计测量溶液中的H+浓度)
(4)将FeCl3溶液吸收H2S气体后的溶液过滤后,取少量向其中加入BaCl2溶液,发现有白色沉淀生成(注:BaS溶于盐酸)。则白色沉淀可能是_______你的判断理由是_______
废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。实验室利用废旧黄铜(Cu、Zn合金,含少量杂质Fe)制备胆矾晶体(CuSO4·5H2O)及副产物ZnO。制备流程图如下:
已知:Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似,pH>11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2-。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol/L计算)。
Fe3+ |
Fe2+ |
Zn2+ |
|
开始沉淀的pH |
1.1 |
5.8 |
5.9 |
沉淀完全的pH |
3.0 |
8.8 |
8.9 |
请回答下列问题:
(1)加入ZnO调节pH=a的目的是___________________,a的范围是。
(2)由不溶物E生成溶液D的化学方程式为______________________________。
(3)滤液A中加入H2O2反应的离子方程式为。
(4)由溶液D制胆矾晶体包含的主要操作步骤是。
(5)下列试剂可作为Y试剂的是______。
A.ZnO B.NaOH C.Na2CO3D.ZnSO4
若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量,则产生的现象是___________________。
“霾”是当今世界环境热点话题。目前宁夏境内空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气。NO和CO气体均为汽车尾气的成分,这两种气体在催化转换器中发生如下反应:
2NO(g)+ 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H=﹣a kJ•mol-1(a>0)
(1)在一定温度下,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示:
①0~15min N2的平均速率v(N2)=;NO的转化率为。
②20min时,若改变反应条件,导致CO浓度减小,则改变的条件可能是(选填序号)。
a.缩小容器体积
b.增加CO的量
c.降低温度
d.扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变,20min时再向容器中充入NO、N2各0.4mol,化学平衡将移动(选填“向左”、“向右”或“不”),重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为。
(2)已知:2NO(g)+ O2(g)=2NO2(g) △H=﹣b kJ•mol-1(b>0)
CO的燃烧热△H=﹣c kJ•mol-1 (c>0)
则在消除汽车尾气中NO2的污染时,NO2与CO发生反应
的热化学反应方程式为:。
(3)工业废气中含有的NO2还可用电解法消除。制备方法之一是先将NO2转化为N2O4,然后采用电解法制备N2O5,装置如图所示。Pt乙为极,电解池中生成N2O5的电极反应式是。
(14分)综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。
(1)Li4SiO4可用于富集得到高浓度CO2。原理是:在500℃,低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐;平衡后加热至700℃,反应逆向进行,放出高浓度CO2,Li4SiO4再生。700℃时反应的化学方程式为____________。
(2)固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO2/H2O,既可高效制备合成气(CO+H2),又可实现CO2的减排,其工作原理如图。
①b为电源的________(填“正极”或“负极”)。
②写出电极c发生的电极反应式:________、________________。
(3)电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。对此反应进行如下研究:某温度下在一恒压容器中分别充入1.2 mol CO和1 mol H2,达到平衡时容器体积为2 L,且含有0.4 mol CH3OH(g),则该反应平衡常数值为_______,此时向容器中再通入0.35 mol CO气体,则此平衡将________(填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”)移动。
(4)已知:
若甲醇的燃烧热为ΔH3,试用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的ΔH,则ΔH=_____。
(5)利用太阳能和缺铁氧化物[如Fe0.9O]可将廉价CO2热解为碳和氧气,实现CO2再资源化,转化过程如图所示,若用1 mol缺铁氧化物[Fe0.9O]与足量CO2完全反应可生成________mol C(碳)。
(12分)聚合氯化铁铝(简称PAFC),其化学通式为[FexAly(OH)aClb·zH2O]m。某同学为测定其组成,进行如下实验:
①准确称取4.505 0 g样品,溶于水,加入足量的稀氨水,过滤,将滤渣灼烧至质量不再变化,得到2.330 0 g固体。
②另准确称取等质量样品溶于水,在溶液中加入适量Zn粉和稀硫酸,将Fe3+完全还原为Fe2+。用0.100 0 mol·L-1标准KMnO4溶液滴定Fe2+,消耗标准溶液的体积为20.00 mL。
③另准确称取等质量样品,用硝酸溶解后,加入足量AgNO3溶液,得到4.305 0 g白色沉淀。
(1)若滴定管在使用前未用KMnO4标准溶液润洗,测得的Al3+含量将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
(2)实验室检验Fe3+常用的方法是__________________。
(3)通过计算确定PAFC的化学式(写出计算过程;m为聚合度,不必求出)。