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8.自从1902年德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以来,氮的固定的相关研究获得了不断的发展.
(1)分析下表数据可知:大气固氮反应属于吸热(填“吸热”或“放热”)反应.2260℃时,向2L密闭容器中充入0.3molN2和0.3molO2,模拟大气固氮反应,达到平衡时,N2的转化率是33.3%(结果保留三位有效数字).
反应 大气固氮N2(g)+O2(g)?2NO(g)
 温度/℃ 27 2260
 K 3.84×10-31 1
(2)工业固氮的主要形式是:N2 (g)+3H2 (g)?2NH3 (g)△H<0,如图是当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3 投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线.

①曲线a对应的温度是200℃.
②关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是A(填字母).
A.图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N)
B.工业合成氨之所以加入催化剂,是因为加入催化剂有利于提高反应的活化能
C.相同压强下,投料相同,达到平衡所需时间关系为c>b>a
③N点时c(NH3)=0.2mol/L,N点的化学平衡常数K=0.93(结果保留两位小数).
(3)合成氨原料气中的氢气可用天然气(主要成分为CH4)在高温、催化剂作用下与水蒸气反应制得,反应中每生成2mol CO2吸收316kJ热量,该反应的热化学方程式是CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+158kJ/mol,该方法制得的原料气中主要杂质是CO2,若用K2CO3溶液吸收,该反应的离子方程式是CO32-+CO2+H2O=2HCO3-
(4)合成氨工业中含氨废水的处理方法之一是电化学氧化法,将含氨的碱性废水通入电解系统后,在阳极上氨被氧化成氮气而脱除,阳极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O.

分析 (1)温度越高,K越大,说明升高温度,平衡正移;依据平衡三段式列式计算NO的平衡浓度,然后结合方程式计算出消耗氮气的物质的量,从而可计算出氮气的转化率;
(2)①正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,氨气的含量减小;
②A.相同压强条件下,投料相同,温度越高反应速率越大,反应达到平衡时间越短;
B.催化剂能降低反应的活化能;
C.K只受温度影响,温度不变平衡常数不变,正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小;
③根据反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)利用三段式计算出平衡时各物质的浓度,并计算平衡常数;
(3)CH4在高温、催化剂作用下与水蒸气反应的方程式为CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g),生成2mol CO2吸收316kJ热量,则1molCH4叁加反应时需要吸收的热量为158kJ,CO2与K2CO3溶液反应生成碳酸氢钠钾,据此答题;
(4)生成的无污染的物质为氮气,根据电解原理写出阳极电极反应式.

解答 解:(1)由表格数据可知,温度越高,K越大,说明升高温度,平衡正移,则正反应方向为吸热反应;
 2260℃时,向2L密闭容器中充入0.3mol N2和0.3mol O2,20s时反应达平衡,设此时得到NO为xmol,
        N2(g)+O2(g)?2NO(g)
开始   0.3mol    0.3mol  0
转化  $\frac{1}{2}$xmol     $\frac{1}{2}$xmol   xmol
平衡 (0.3-0.5x)mol  (0.3-0.5x)mol    xmol
化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值,则化学平衡常数K=$\frac{{x}^{2}}{(0.3-0.5x)^{2}}$=1,解得:x=0.2,
则平衡时消耗氮气的物质的量为:0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol,
所以平衡时氮气的转化率为:$\frac{0.1mol}{0.3mol}$×100%=33.3%,
故答案为:吸热;33.3%;
(2)①合成氨的反应为放热反应,反应温度越高,越不利于反应正向进行,曲线a的氨气的物质的量分数最高,其反应温度对应相对最低,所以a曲线对应温度为200℃,
故答案为:200℃;
②A.平衡常数与温度有关,与其他条件无关,温度相同时平衡常数相同,反应是放热反应,温度越高平衡常数越小,则M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N),故A正确;
B.工业合成氨之后所以加入催化剂,是因为加入催化剂有利于降低反应的活化能,从而加快了反应速率,故B错误;
C.相同压强条件下,投料相同,温度越高反应速率越大,反应达到平衡时间越短,温度:a<b<c,则达到平衡所需时间关系为c<b<a,故C错误;
故答案为:A;
③N点时氨的物质的量的分数为20%,利用三段式,设N2转化率是b,N2的起始浓度为a,
根据反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始    a       3a         0
转化    ab      3ab       2ab
平衡   a-ab     3a-3ab     2ab
根据题意有:$\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}$=20%、2ab=0.2,联立解得:a=0.3,b=$\frac{1}{3}$,
所以平衡常数K=$\frac{(2ab)^{2}}{(a-ab)×(3a-3ab)^{3}}$=$\frac{25}{27}$≈0.93,
故答案为:0.93;
(3)CH4在高温、催化剂作用下与水蒸气反应的方程式为CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g),生成2mol CO2吸收316kJ热量,则1molCH4叁加反应时需要吸收的热量为158kJ,所以反应的热化学方程式是CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+158kJ/mol,CO2与K2CO3溶液反应生成碳酸氢钠钾,反应的离子方程式为CO32-+CO2+H2O=2HCO3-
故答案为:CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+158kJ/mol;CO32-+CO2+H2O=2HCO3-
(4)利用电解法将NH3•H2O转化为对环境无污染的物质为氮气,阳极失去电子发生氧化反应,电极反应式为:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O,
故答案为:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O.

点评 本题考查较为综合,涉及热化学方程式的书写、化学平衡的计算、电解池原理、氧化还原反应的计算等知识,题目难度中等,注意利用三段式进行化学平衡的计算,明确反应速率的概念及计算方法,试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力.

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9.25℃时,某一元强碱溶液的pH为a,某一元酸HA溶液的pH为b,电离度为1.0%,若将1体积的此强碱溶液与10体积的HA溶液混合,恰好完全反应,则a与b之和为(  )
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6.下列说法正确的是(  )
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3.甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,它清洁、高效、具有优良的环保性能,甲醚是一种无色气体,具有轻微的醚香味,其燃烧热为1455  kJ•mol-1,甲醚可作燃料电池的燃料.
(1)写出甲醚燃烧的热化学方程式CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H1=-1455kJ/mol;已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、393.5kJ•mol-1;计算反应4C(s)+6H2(g)+O2(g)═2CH3OCH3(g)的反应热为△H=-378.8kJ/mol;
(2)工业上利用H2和CO2合成二甲醚的反应如下:6H2(g)+2CO2(g)═CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H<0
①一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中进行该反应.下列能判断反应达到化学平衡状态的是ad(选填编号,注意大小写)
a.c(H2)与c(H2O)的比值保持不变
b.单位时间内有2mol H2消耗时,有1mol H2O生成
c.容器中气体密度不再改变
d.容器中气体压强不再改变
②温度升高,该化学平衡移动后,达到新的平衡,CH3OCH3的产率将变小(填“变大”、“变小”或“不变”,下同)
(3)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池.该电池的负极反应式的其中一个产物是CO32-,请写出该反应的负极反应式CH3OCH3+16OH-12e-=2CO2-3+11H2O;
(4)用(3)中的燃料电池为电源,以石墨为电极电解500mL NaCl溶液,装置如图所示,请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象是Y电极附近溶液中有气体产生,上部分呈黄绿色;当燃料电池消耗2.8LO2(标准状况下)时,计算此时:NaCl溶液的pH=14(假设溶液的体积不变,气体全部从溶液中逸出).

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13.联合生产是实现节能减排的重要措施,工业上合成氨和硝酸的联合生产具有重要意义.图1是工业上合成氨的简易流程:

(1)设备A内部结构如图2所示,其名称是合成塔,其中发生的化学反应方程式为N2 +3H2 $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH3 ;生产中原料气必须进行脱硫,目的是防止催化剂中毒,选择500℃进行反应的主要原因是此温度下催化剂效率最高;
(2)设备B的名称是冷凝塔,图1中a和b是两个通水口,其中入水口是b(填“a”或“b”).
(3)氮气和氢气的混合气体通过压缩机压缩的原因是增大压强,加快反应速率,使平衡向生成NH3的方向进行.
(4)生产出来的NH3可以用来生产硝酸.其中在氨气催化氧化过程中,不同温度下生成产物可能有所不同,温度对氨氧化产物产率的影响如图3所示;当温度大于900℃时,NO的产率下降的主要原因是部分NO转变成N2

(5)某化肥厂用NH3制备NH4N03.已知:由NH3制NO的产率是94%,NO制HNO3的产率是89%,则制HN03所用NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其它损耗)的54%(保留两位有效数字).

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20.化学作为一门基础自然科学,在材料科学、生命科学、能源科学等诸多领域发挥着重要作用.
(1)高温超导材料钇钡铜氧的化学式为YBaCu3O7,其中$\frac{1}{3}$的Cu以罕见的Cu3+形式存在.Cu在元素周期表中的位置为第四周期第ⅠB族,基态Cu3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8
(2)磁性材料在生活和科学技术中应用广泛.研究表明,若构成化合物的阳离子有未成对电子时,则该化合物具有磁性.下列物质适合作录音磁带磁粉原料的为B(填选项字母).
A.V2O5    B.CrO2    C.PbO    D.ZnO
(3)屠呦呦因在抗疟药--青蒿素研究中的杰出贡献,成为首获科学类诺贝尔奖的中国人.青蒿素的结构简式如图1所示,其组成元素的电负性由大到小的顺序为O>C>H;碳原子的杂化方式为sp2、sp3
(4)“可燃冰”因储量大、污染小被视为未来石油的替代能源,由甲烷和水形成的“可燃冰”结构如图2所示.
①“可燃冰”中分子间存在的作用力为氢键、范德华力.
②H2O的VSEPR模型为四面体形
比较键角的大小:H2O<CH4(填“>”“<”或“=”),原因为甲烷分子的杂化轨道中无孤电子对,而H2O分子有两对孤对电子,孤对电子与成键电子的排斥力大、键角小

(5)锂离子电池在便携式电子设备以及电动汽车、卫星等领域显示出广阔的应用前景.该电池负极材料为石墨,石墨为层状结构(如图3),其晶胞结构如图4所示,该晶胞中有4个碳原子.已知石墨的层间距为apm,C-C键长为b pm,阿伏伽德罗常数的值为NA,则石墨晶体的密度为$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a{b}^{2}{N}_{A}}$g•cm-3(列出计算式).

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17.现有H、C、B、0、N、Na、Cu等七种元素,可形成多种物质.2015年10月中国药学家屠呦呦因发现青蒿素(含H、C、O元素)而获得诺贝尔生理医学奖,青蒿素( C15H22O5)的结构
如图1所示.请回答下列问题:
(1)组成青蒿素的三种元素电负性由大到小排序是O>C>H
(用元素符号表示),在基态O原子中,核外存在3对自
旋相反的电子.
(2)下列关于青蒿素的说法正确的是a(填序号).
a.青蒿素中既存在极性键又存在非极性键
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(3)根据价层电子对互斥理论(VESPR)推测:N02-的立体构型为V型,CO32-的中心原子杂化类型为sp2
(4)C、N、O分别与H形成的CH4、NH3、H20沸点由高到底的顺序为H20>NH3>CH4
(5)H、B、Na元素形成的NaBH4结构如图2所示,结构中存在的相互作用有离子键 和共价键.
(6)Cu晶胞结构如图3所示.已知立方体的棱长为a pm,Cu晶体密度为b g.cm-3,则阿伏加德罗常数NA=$\frac{256×10{\;}^{30}}{{a}^{3}b}$(用含a、b的代数式表示,lpm=1xl0-12m).

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18.科学家通过X射线推测胆矾中既含有配位键,又含有氢键,其结构示意图可简单表示如下,其中配位键和氢键均采用虚线表示.
①写出基态Cu原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
②写出胆矾晶体中水合铜离子的结构简式(必须将配位键表示出来)
③将胆矾溶于水得到天蓝色溶液,往溶液中逐滴加入氨水,现象为先有蓝色沉淀生成后变为深蓝色溶液,反应的离子方程式为Cu2++2NH3•H2O═Cu(OH)2+2NH4+;Cu(OH)2+4NH3•H2O═Cu(NH342++4H2O+2OH-
④已知NF3与NH3的立体结构相同,但NF3不易与Cu2+形成配离子,其原因是F的电负性比N大,N-F成键电子对向F偏移,导致NF3中N原子核对其孤对电子的吸引能力增强,难以形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子(或在NF3中氟原子非金属性强,是吸电子的,使得氮原子上的孤对电子难于与Cu2+形成配位键).

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