(13分)硫、碳、氮等元素及其化合物与人类的生产生活密切相关,其中.硫酸、氨气、硝酸都是重要的化工原料.而SO2、NO、NO2、CO等相应氧化物又是主要的环境污染物:
(1)过度排放CO2会造成“温室效应”,而煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。煤综合利用的一种途径如图所示。
已知:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) AH1= +131.3 kJ·mol-
C(s)十2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) AH2=" +90" kJ·mol-
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是 。
(2)298 K时.将氨气放入体积固定的密闭容器中使其发生分解反应。当反应达到平衡状态后.改变其中一个条件X,Y随X的变化符合图中曲线的是 (填字号):
a.当X表示温度时,Y表示氨气的物质的量
b.当X表示压强时.Y表示氨气的转化率
c.当X表示反应时间时.Y表示混合气体的密度
d.当x表示氨气的物质的量时.Y表示某一生成物的物质的量
(3)燃煤产生的烟气中的氮氧化物NOx(主要为NO、NO2)易形成污染.必须经脱除达标后才能排放:能作脱除剂的物质很多.下列说法正确的是 (填序号):
a.用H2O作脱除剂,不利于吸收含氮烟气中的NO
b.用Na2SO3作脱除剂,O2会降低Na2SO3的利用率
c.用CO作脱除剂,会使烟气中NO2的浓度增加
d.用尿素[CO(NH2)2]作脱除剂.在一定条件下能有效将NOx氧化为N2
(4)在压强为O.1 MPa条件下,容积为V L的密闭容器中,amol CO与2amol H2在催化剂作用下反应生成甲醇。反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),CO的平衡转比率与温度、压强的关系如图所示,则:
①P1 P2(填“>”“<”或“=”)。
②在其他条件不变的情况下,向容器中增加a molCO与2amol H2.达到新平衡时.CO的转化率 (填“增大””减小”或“不变”.下同),平衡常数 .
③在P1下、100℃时,CH3OH(g) CO(g)十2H2(g)的平衡常数为 (用含a、V的代数式表示)。
(5)①常温下.若将2 mol NH3(g)和l mol CO2(g)通入1 L水中.可得pH=10的溶液,则该溶液中浓度最大的阴离子是 ;
②常温下,将0.01 mol·L- NaOH溶液和0.01 mol·L-(NH4)2SO4溶液等体积混合.所得溶液pH为10,那么该混合液中c(Na+)+c(NH4+)= mol·L一(填准确代数式.不能估算)。
(14分)硝酸厂废气、汽车尾气中的氮氧化物可污染大气,现有几种消除氮氧化物的方法如下:
目前,消除氮氧化物污染有多种方法。
(1)方法一:CH4催化还原法。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574 kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2
③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44 kJ·mol-1
现有一混合气体中NO与NO2的体积比为3:1,用22.4L(标准状况下)甲烷气体催化还原该混合气体,恰好完全反应(已知生成物全部为气态),并放出1042.8KJ的热量,则ΔH2为_____________;写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g) 、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式_________________________。
(2)方法二:活性炭还原法。
某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(T1℃)条件下反应,只生成甲和乙,甲和乙均为参与大气循环的气体,且反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
由以上信息可知:
①该原理的化学方程式为____________________________________________________.
②该温度下的平衡常数K=_____________________________。(保留小数点后两位有效数字)
③若20min后升高温度至T2℃,达到平衡后,若容器中NO、甲、乙的浓度之比为1:1:1,则该反应的ΔH_____0 。(填">"、"<"、"=")
(3)方法三:NH3催化还原氮氧化物(SCR技术)。该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。
反应原理为:2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g) 每生成1molN2转移的电子数为_____________________________________________________________。
(4)方法四:ClO2氧化氮氧化物。其转化流程如下:
已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ ClO2+ H2O = NO2+ HNO3+ HCl,则反应Ⅱ的化学方程式是。
工业废水中常含有一定量的Cr2O,会对人类及生态系统产生很大损害,电解法是行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe和石墨作电极电解含Cr2O的酸性废水,最终将铬转化为Cr(OH)3沉淀,达到净化目的。某科研小组利用以上方法处理污水,设计了熔融盐电池和污水电解装置如下图所示。
(1)Fe电极为(填“M”或“N”);电解时(填“能”或“不能”)否用Cu电极来代替Fe电极,理由是。
(2)阳极附近溶液中,发生反应的离子方程式是
阴极附近的沉淀有。
(3)图中熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH4为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池。已知,该熔融盐电池的负极的电极反应是CH4–8e–+4CO32–==5CO2+2H2O,则正极的电极反应式为。
(4)实验过程中,若电解池阴极材料质量不变,产生4.48L(标准状况)气体时,熔融盐燃料电池消耗CH4的体积为L(标准状况)。
甲醇是一种重要的可再生能源。
(1)已知2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH ="a" KJ/mol
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH ="b" KJ/mol
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程式:。
(2)还可以通过下列反应制备甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。
甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡,用H2表示平均反应速率υ(H2)=_。
(3)在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H2,CO的平衡转化率随温度(T压强(P)的变化如乙图所示。
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______。(填字母)
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的体积分数不再改变
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等
D.体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小PA________PB(填“>、<、=”)。
③若达到化学平衡状态A时,容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=L。
(4)以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极)。
①若KOH溶液足量,则写出电池总反应的离子方程式:___________________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol,当有0.5 mol甲醇参与反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是。
乳酸分子式为C3H6O3,在一定的条件下可发生许多化学反应,下图是采用化学方法对乳酸进行加工处理的过程,其中A、H、G为链状高分子化合物。(已知—OH,—COOH等为亲水基团,F常做内燃机的抗冻剂)请回答相关问题:
(1)推断C、F的结构简式。C:;F:。
(2)B中所含的官能团名称为;反应③的反应类型是。
(3)反应①的化学方程式为。
在80℃时,0.40mol的N2O4气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
已知:
(1)计算20s~40s内用N2O4表示的平均反应速率为。
(2)计算在80℃时该反应的平衡常数K=。
(3)反应进行至100s后将反应混合物的温度降低,混合气体的颜色(填“变浅”、“变深”或“不变”)。
(4)要增大该反应的K值,可采取的措施有(填序号),若要重新达到平衡时,使c(NO2)/c(N2O4)值变小,可采取的措施有(填序号)。
A.增大N2O4的起始浓度 | B.向混合气体中通入NO2 |
C.使用高效催化剂 | D.升高温度 |
(5)如图是80℃时容器中N2O4物质的量的变化曲线,请在该图中补画出该反应在60℃时N2O4物质的量的变化曲线。