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13.低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,低碳经济的概念在中国正迅速从高端概念演变成全社会的行为,在新能源汽车、工业节能等多个领域都大有作为.请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质
(1)实验室里常用NaOH溶液吸收CO2,若用100mL 3mol•L-1的NaOH溶液吸收4.48L(标准状况下)CO2,完全吸收反应后,所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+
(2)工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇.已知:800℃时,化学反应①、反应②对应的平衡常数分别为2.5、1.0
反应①:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ•mol-1
反应②:H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)△H=+41.2kJ•mol-1
写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(l)△H=-49.6kJ/mol,800℃时该反应的化学平衡常数K的数值为2.5
(3)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2,紫外线照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图1所示,在0-15h内,对反应催化效果最好的催化剂是Ⅱ(填序号)
(4)一定温度下,在3L容积可变的密闭容器中发生上述反应②,已知c(CO)随反应时间t的变化曲线a如图2所示,在t1时刻改变一个条件,曲线a变为b,则改变的条件是加入催化剂,若在t1时刻,将容器体积3L快速压缩至2L,在图上画出变化曲线
(5)钡及其化合物在工业上有着广泛的应用,在地壳中常以硫酸盐的形式存在,BaSO4是难溶性盐.工业上提取钡时首先用Na2CO3溶液将BaSO4转化成难溶弱酸盐(BaCO3).请写出将BaSO4转化成BaCO3的离子方程式BaSO4(s)+CO32-(aq)=BaCO3(s)+SO42-(aq)该反应的平衡常数为0.044(填具体数字),已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10mol2•L-2,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9mol2•L-2

分析 (1)CO2物质的量为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol,NaOH物质的量为0.1L×3mol/L=0.3mol,由于1<n(NaOH):n(CO2)=3:2<2,发生反应:2CO2+3NaOH=Na2CO3+NaHCO3+H2O,Na2CO3、NaHCO3的物质的量相等,碳酸根离子和碳酸氢根离子水解而使溶液呈碱性,碳酸根离子的水解能力大于碳酸氢根离子;
(2)反应①:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ•mol-1
反应②:H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)△H=+41.2kJ•mol-1
根据盖斯定律,①+②可得CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(l),反应热也进行相应计算;
该反应的化学平衡常数K=$\frac{c({CH}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{{c}^{2}({H}_{2})×c(CO)}$×$\frac{c({H}_{2}O)×c(CO)}{c({H}_{2})×c(C{O}_{2})}$;
(3)相同时间内,CH4产量越高,反应催化效果越好;
(4)在t1时刻改变一个条件,曲线a变为b,缩短到达平衡的时间,反应速率加快,平衡时CO的浓度不变,改变不影响平衡移动,不可能是升高温度,反应②是反应前后气体的物质的量不变的反应,增大压强平衡不移动,但CO的浓度会增大,可能改变的条件是加入催化剂;
若在t1时刻,将容器体积3L快速压缩至2L,压强增大,反应速率加快,缩短到达平衡的时间,不影响平衡移动,平衡时CO的浓度变为$\frac{0.3mol/L×3L}{2L}$=0.45mol/L,在t1时刻瞬间CO的浓度为0.3mol/L;
(5)将BaSO4转化成BaCO3的离子方程式:BaSO4(s)+CO32-(aq)=BaCO3 (s)+SO42-(aq),该反应的平衡常数K=$\frac{\frac{Ksp(BaS{O}_{4})}{c(B{a}^{2+})}}{\frac{Ksp(BaC{O}_{3})}{c(B{a}^{2+})}}$=$\frac{Ksp(BaS{O}_{4})}{Ksp(BaC{O}_{3})}$.

解答 解:(1)CO2物质的量为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol,NaOH物质的量为0.1L×3mol/L=0.3mol,由于1<n(NaOH):n(CO2)=3:2<2,发生反应:2CO2+3NaOH=Na2CO3+NaHCO3+H2O,Na2CO3、NaHCO3的物质的量相等,碳酸根离子和碳酸氢根离子水解而使溶液呈碱性,即c(OH-)>c(H+),碳酸根离子水解生成碳酸氢根离子,所以c(HCO3-)>c(CO32-),由于水解程度较小,所以c(CO32-)>c(OH-),故溶液中各离子浓度大小顺序是c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
(2)反应①:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ•mol-1
反应②:H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)△H=+41.2kJ•mol-1
根据盖斯定律,①+②可得:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(l)△H=-49.6kJ/mol,
该反应的化学平衡常数K=$\frac{c({CH}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{{c}^{2}({H}_{2})×c(CO)}$×$\frac{c({H}_{2}O)×c(CO)}{c({H}_{2})×c(C{O}_{2})}$=2.5×1=2.5,
故答案为:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(l)△H=-49.6kJ/mol;2.5;
(3)由图可知,在0-15h内,催化剂Ⅱ在相同时间内CH4产量高,对反应催化效果最好的催化剂是Ⅱ,
故答案为:Ⅱ;
(4)在t1时刻改变一个条件,曲线a变为b,缩短到达平衡的时间,反应速率加快,平衡时CO的浓度不变,改变不影响平衡移动,不可能是升高温度,反应②是反应前后气体的物质的量不变的反应,增大压强平衡不移动,但CO的浓度会增大,可能改变的条件是加入催化剂;
若在t1时刻,将容器体积3L快速压缩至2L,压强增大,反应速率加快,缩短到达平衡的时间,不影响平衡移动,平衡时CO的浓度变为$\frac{0.3mol/L×3L}{2L}$=0.45mol/L,在t1时刻瞬间CO的浓度为0.3mol/L,画出变化曲线为:
故答案为:加入催化剂;
(5)将BaSO4转化成BaCO3的离子方程式:BaSO4(s)+CO32-(aq)=BaCO3(s)+SO42-(aq),该反应的平衡常数K=$\frac{\frac{Ksp(BaS{O}_{4})}{c(B{a}^{2+})}}{\frac{Ksp(BaC{O}_{3})}{c(B{a}^{2+})}}$=$\frac{Ksp(BaS{O}_{4})}{Ksp(BaC{O}_{3})}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.044,
故答案为:BaSO4(s)+CO32-(aq)=BaCO3(s)+SO42-(aq);0.044.

点评 本题考查平衡常数有关计算、化学平衡计算及影响因素、离子浓度大小比较、热化学方程式书写等,题目涉及内容较多,基本属于拼合型题目,需要学生具备扎实的基础,难度中等.

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

11.A、B、C、D、E、F、G七种物质间存在如图所示的转化关系,其中A、B、D、G含有同种元素.

已知:A为金属单质,B为红褐色固体,E为密度最小的气体,G为浅绿色的溶液.
D的水溶液为黄色溶液,能与硝酸银溶液反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀.
在水溶液中D能将某氧化物氧化为F,F是含有三种元素的化合物.请回答下列问题:
(1)构成C物质的元素在周期表中的位置是第三周期第ⅤⅡA主族,在短周期主族元素中,该元素与其相邻元素的原子半径从大到小的顺序是S>Cl>F(用元素符号表示).
(2)D的水溶液呈酸性,请用离子方程式解释原因:Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+
(3)上述反应中属于置换反应的是②⑤(填序号).
(4)反应③(即D将某种氧化物氧化为F)的离子方程式:2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
(5)气体C通入KI溶液中,氧化产物为KIO3,则氧化剂与还原剂物质的量之比为3:1.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.氯化铜用途广泛,常用于生产颜料、木材防腐剂等.
(1)实验室用如下装置(部分加热、夹持等装置已略去)制备氯化铜固体.
①仪器z的名称是分液漏斗.
②检验装置A气密性的操作为:关闭活塞,向分液漏斗中加水至其液面高于试管中的液面,(停止加水)一段时间后液面高度差没变化,说明装置不漏气.
③实验过程中按照气流方向仪器接口连接顺序a→hidebc(cb)f,实验中D装置的作用是防止空气中水蒸气进入B,同时吸收多余的Cl2,防止空气污染.
(2)某研究小组模拟工业用粗铜(含杂质Fe)按下述流程制备无水CuCl2
已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表:
Fe3+Cu2+Fe2+
开始沉淀的pH2.74.47.0
沉淀完全的pH3.76.49.6
①溶液A中加入氧化剂X的目的是把Fe2+氧化为Fe3+
②加试剂Y用于调节pH以除去杂质,则应调节pH范围是3.7≤pH<4.4,试剂Y可选用下列中的cd(填序号).
    a.NaOH     b.盐酸    c.CuO    d.Cu2(OH)2CO3
③由溶液B制备无水CuCl2过程中的操作有:a.冷却结晶;b.过滤洗涤;c.蒸发浓缩;d.在干燥HCl气流中加热.则其操作顺序为cabd(填写序号).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.铜族元素中铜是一种紫红色的金属,被称作“电气工业的主角”,铜主要从黄铜矿提炼,简单流程如下:
(1)焙烧时发生反应2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2↑,该反应的氧化剂是CuFeS2、O2,若2mol的CuFeS2参与反应,氧化剂所得电子的物质的量为6mol.
(2)若将获得粗铜进行电解精炼可得精铜,则阴极材料精铜(填名称),将含有0.4mol Cu(NO32和0.4mol KCl的水溶液2L,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上析出0.3mol Cu,此时电解液的pH=1(假设溶液体积保持不变).
(3)某温度下已知某密闭容器中存在如下平衡2Cu+(aq)?Cu2+(aq)+Cu(s),写出反应的平衡常数的表达式K=$\frac{c(C{u}^{2+})}{c(C{u}^{+})^{2}}$,对于该平衡,下列说法正确的是D
A.反应到达平衡后,化学平衡常数不在改变
B.上述反应是前后系数和不变的反应,加水稀释相同的倍数时平衡不移动
C.向平衡体系中增加铜的量,平衡将向左移动
D.若增大平衡体系的压强,则平衡状态不受影响
(4)若已知H2A的电离为:H2A=H++HA-,HA-?H++A2-,则NaHA溶液中离子浓度的大小顺序为c(Na+)>c(HA-)>c(H+)>c(A2-)>c(OH-).

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

8.  CO和NO是汽车尾气的主要污染物.消除汽车尾气的反应式之一为:2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g).请回答下列问题:
(1)一定温度下,在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时,反应进行到t时刻时达到平衡状态,此时n(CO)=amol、n(N0)=2amol、n(N2)=bmol,且N2占平衡混合气体总体积的$\frac{1}{4}$.
①该反应的平衡常数K=$\frac{27}{aV}$(用只含a、V的式子表示)
②判断该反应达到平衡的标志是BD(填序号)
A.v(CO2生成=v(CO)消耗         
B.混合气体的平均相对分子质量不再改变
C.混合气体的密度不再改变     
D.NO、CO、N2、CO2的物质的量浓度均不再变化
(2)在一定温度下,将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中,反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示,则:
①有害气体NO的转化率是40%,0~15minCO2的平均反应速率v(CO2)=0.027mol(L.min).(保留小数点后三位)
②20min时,若改变反应条件,导致CO浓度减小,则改变的条件是CD.(填序号).
A.增加CO的量     B.加入催化剂C.减小CO2的量     D.扩大容器体积.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

18.体积恒定的密闭容器中,一定量的SO2与1.100mol O2在催化剂作用下加热到600℃发生反应:2SO2(g)+O2(g)$?_{加热}^{催化剂}$2SO3(g).当气体总物质的量减少0.2mol时反应达到平衡,在相同的温度下测得气体压强为反应前的87.5%.下列有关叙述正确的是(  )
A.若不改变其它条件而换用一种更高效的催化剂,则反应达限度的时间会增长
B.达平衡后向容器中只充入O2不能提高反应速率
C.达到平衡时,SO2的转化率是80%
D.将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为114.90g

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

5.分子式为C2H6O的化合物M具有如下性质:
①M+Na-→慢慢产生气泡
②M+CH3COOH$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$有香味的产物
(1)根据上述信息,对该化合物可作出的判断是AC.
A.一定含有-OH             B.一定含有-COOH
C.M为乙醇                  D.M为乙酸
(2)化合物M和CH3COOH反应生成的有香味的产物的名称为乙酸乙酯.
(3)写出反应的化学反应方程式
①2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2
②CH3CH2OH+CH3COOH$?_{△}^{浓硫酸}$CH3COOC2H5+H2O该反应属于取代反应.(选填:加成、氧化、取代)

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

2.甲烷的电子式是.分子式为C5H12烃的一氯代物只有一种的结构简式是C (CH34

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.肉桂酸异丁酯 G()是一种食用香料,主要用于配制具有醋栗、桃、草莓、樱桃、可可、巧克力等各种香气浓厚的香精.其中一种合成路线如下:

已知以下信息:
①RCHO+R′CH2CHO $\stackrel{一定条件}{→}$          
②C为甲醛的同系物,相同条件下其蒸气与氢气的密度比为22.回答下列问题:
(1)A的化学名称为苯甲醇,其中含氧官能团的名称为羟基.
(2)B能与新制的Cu(OH)2悬浊液发生反应,该反应的化学方程式为+2Cu(OH)2$\stackrel{△}{→}$+Cu2O↓+2H2O.
(3)E和F反应生成G的化学方程式为+(CH32CHCH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$+H2O,反应类型为酯化反应或取代反应.
(4)F的同分异构体中不能与金属钠反应生成氢气的有机物共有3种(不考虑立体异构),其中一种同分异构体H的核磁共振氢谱只有两组峰,且峰面积比为3:2,此种物质可经过流程:C$→_{H_{2}}^{催化剂}$Ⅰ$→_{140℃}^{浓H_{2}SO_{4}}$H制得,写出Ⅰ$→_{140℃}^{浓H_{2}SO_{4}}$H反应的化学方程式:2CH3CH2OH$→_{140℃}^{浓硫酸}$CH3CH2OCH2CH3+H2O.
(5)符合下列条件的E的同分异构体有10种(不包含E).
①属于芳香族化合物          ②1mol E与足量新制银氨溶液反应,生成4mol Ag.

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