【题目】二氧化硫直接排放会危害环境。利用工业废碱渣(主要成分Na2CO3)可吸收烟气中的SO2并制备无水Na2SO3,其流程如图1。
已知:H2SO3、HSO3、SO32在水溶液中的物质的量分数随pH的分布如图2,Na2SO3·7H2O和Na2SO3的溶解度曲线如图3。
(1)Na2CO3溶液显碱性,用离子方程式解释其原因:_____________________。
(2)吸收烟气
①为提高NaHSO3的产率,应控制吸收塔中的pH为________。
②已知下列反应:
SO2(g)+2OH(aq)==SO32(aq)+H2O(l)ΔH1=164.3kJ·mol1
CO2(g)+2OH(aq)==CO32(aq)+H2O(l)ΔH2=109.4kJ·mol1
2HSO3(aq)==SO32(aq)+SO2(g)+H2O(l)ΔH3=+34.0kJ·mol1
吸收塔中Na2CO3溶液吸收SO2生成HSO3的热化学方程式是________。
③吸收塔中的温度不宜过高,可能的原因是________(写出1种即可)。
(3)制备无水Na2SO3
①中和塔中反应的离子方程式为_________________________________。
②从中和塔得到的Na2SO3溶液中要获得无水Na2SO3固体,需控制温度____________,同时还要_______________,以防止Na2SO3氧化。
【答案】CO32+H2OOH+HCO3 4~5 2SO2(g)+CO32(aq)+H2O(l)==2HSO3(aq)+CO2(g)ΔH=88.9kJ·mol1 防止SO2的溶解度下降;防止HSO3受热分解;防止HSO3的氧化速率加快等 HSO3+OH==H2O+SO32 高于34℃ 隔绝空气
【解析】
(1)Na2CO3为强碱弱酸盐,碳酸根水解呈碱性,离子方程式为CO32-+H2OOH-+HCO3-;
(2)①由图象可知pH在4~5时NaHSO3的物质的量分数最高;
②已知:i:SO2(g)+2OH- (aq)=SO32- (aq)+H2O(l)△H1=-164.3kJmol-1
ii:CO2(g)+2OH- (aq)=CO32- (aq)+H2O(l)△H2=-109.4kJmol-1
Iii:2HSO3- (aq)=SO32- (aq)+SO2(g)+H2O(l)△H3=+34.0kJmol-1,
利用盖斯定律将i-ii-iii可得Na2CO3溶液吸收SO2生成HSO3-的热化学方程式为2SO2(g)+CO32-(aq)+H2O(l)=2HSO3-(aq)+CO2(g)△H=-88.9kJmol-1,
③HSO3-不稳定,受热易分解;如温度过高,可导致气体的溶解度下降;且HSO3-易被氧化,所以吸收塔的温度不易过高;
(3)①中和塔中亚硫酸氢钠和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水,离子方程式为:HSO3+OH==H2O+SO32;
②据图可知温度高于34℃时亚硫酸钠的溶解度随温度升高开始下降,所以需控制温度高于34℃,便于析出无水亚硫酸钠;同时要隔绝空气,以防止Na2SO3氧化。
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【题目】有关晶体的叙述中正确的是( )
A.在SiO2晶体中,由Si、O构成的最小单元环中共有8个原子
B.在28g晶体硅中,含Si﹣Si共价键个数为4NA
C.金刚石的熔沸点高于晶体硅,是因为C﹣C键键能小于Si﹣Si键
D.镁型和铜型金属晶体的配位数均为12
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【题目】(15分)甲烷水蒸气催化重整(SMR)是传统制取富氢混合气的重要方法,具有工艺简单、成本低等优点。
回答下列问题:
(1)已知1000 K时,下列反应的平衡常数和反应热:
①CH4(g)C(s)+2H2(g) K1=10.2 ΔH1
②2CO(g)C(s)+CO2(g) K2=0.6 ΔH2
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K3=1.4 ΔH3
④CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) K4 ΔH4(SMR)
则1000 K时,K4=____________;ΔH4=_________(用ΔH1、ΔH2、ΔH3来表示)。
(2)在进入催化重整装置前,先要对原料气进行脱硫操作,使其浓度为0.5 ppm以下。脱硫的目的为______________。
(3)下图为不同温度条件下电流强度对CH4转化率的影响。由图可知,电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用,则可推知ΔH4____0(填“>”或“<”)。
(4)下图为不同温度条件下6小时稳定测试电流强度对H2产率的影响。由图可知,随着温度的降低,电流对H2产率的影响作用逐渐____________(填“增加”“减小”或“不变”),600 ℃时,电流对三种催化剂中的____________(用图中的催化剂表示式回答)影响效果最为显著,当温度高于750 ℃时,无论电流强度大小,有无催化剂,H2产率趋于相同,其原因是______________。
(5)我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究,通常认为该反应分两步进行。第一步:CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种),其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上,如CH4→Cads/[C(H)n]ads+(2–)H2;第二步:碳(或碳氢物种)和H2O反应生成CO2和H2,如Cads/[C(H)n]ads +2H2O→CO2 +(2+)H2。反应过程和能量变化残图如下(过程①没有加催化剂,过程②加入催化剂),过程①和②ΔH的关系为:①_______②(填“>”“<”或“=”);控制整个过程②反应速率的是第_______步,其原因为____________________________。
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【题目】下列离子方程式或化学方程式正确的是( )
A.铁与水蒸气在高温下反应:2Fe+3H2OFe2O3+3H2
B.Na投入水中:Na+H2O=Na++OH-+H2↑
C.氢氧化铁胶体的制备Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+
D.大理石溶于醋酸的反应:CaCO3+2CH3COOH=Ca2++2CH3COO-+H2O+CO2↑
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【题目】某温度下,wg某物质在足量氧气中充分燃烧,其燃烧产物立即与过量的Na2O2反应,固体质量增加wg。在①H2;②CO;③CO和H2的混合物 ④HCHO;⑤CH3COOH;⑥HO-CH2-CH2-OH中,符合题意的是
A. 均不符合 B. 只有①②③ C. 只有④⑤ D. 全部符合
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【题目】阿伏加德罗常数的值为。下列说法正确的是
A. 1L0.1mol·NH4Cl溶液中, 的数量为0.1
B. 2.4gMg与H2SO4完全反应,转移的电子数为0.1
C. 标准状况下,2.24LN2和O2的混合气体中分子数为0.2
D. 0.1mol H2和0.1mol I2于密闭容器中充分反应后,其分子总数为0.2
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【题目】SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。
(1)SCR(选择性催化还原)工作原理:
①尿素水溶液热分解为NH3和CO2,该反应的化学方程式:___。
②反应器中NH3还原NO2的化学方程式:___。
③当燃油中含硫量较高时,尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4,使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成:__。
④尿素溶液浓度影响NO2的转化,测定溶液中尿素(M=60g·mol-1)含量的方法如下:取ag尿素溶液,将所含氮完全转化为NH3,所得NH3用过量的v1mLc1mol·L-1H2SO4溶液吸收完全,剩余H2SO4用v2mLc2mol·L-1NaOH溶液恰好中和,则尿素溶液中溶质的质量分数是__。
(2)NSR(NOx储存还原)工作原理:
NOx的储存和还原在不同时段交替进行,如图a所示。
①通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是__。
②用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程,该过程分两步进行,图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是__。
③还原过程中,有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时,得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整:___□15NNO+□H2O___。
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【题目】丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知:②C4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为________ kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x_____________0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是__________(填标号)。
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是___________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。
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【题目】近年全球气候变暖,造成北极冰川大面积融化,其罪魁之一就是CO2,如何吸收大气中的CO2,变废为宝,是当今化学研究的主题之一。
I.二甲醚可用作溶剂、冷冻剂喷雾剂等,科学家提出利用CO2和H2合成二甲醚,反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) H
(1)已知:①H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g) △H1=+42kJ/mol
②CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) H2=+24.52kJ/mol
③CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) H3=+90.73kJ/mol
则H=__kJ/mol。
(2)一定温度下,在一个2L的密闭容器中充入2molCO2和6molH2发生上述反应,经过5min反应达到平衡,此时容器中压强与起始压强之比为3:4,则用CH3OCH3表示的平均反应速率为__,H2的转化率为___;此时若向体系中再加入2molCO2和1.5molH2O(g),平衡__移动(填正向、逆向、不)。
(3)对于恒温恒容条件下进行的反应①,下列说法能说明反应已达平衡的是__。
A.混合气体密度不发生改变
B.混合气体的平均相对分子质量不再发生改变
C.v(CO)正=v(H2)逆
D.n(CO)与n(H2)的比值不变
(4)一定温度下,密闭容器中进行的反应③,测得平衡时混合物中某物质的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示,则纵坐标表示的物质是__,压强P1_P2(填>、<)。
II.工业锅炉长期煮烧会形成锅垢(主要成分CaSO4、Mg(OH)2),必须定期除去。
(5)CaSO4微溶于水和酸,可加入氢氧化钠并通入CO2使转化为CaCO3,然后加酸浸泡除去,反应的离子方程式为CaSO4+CO32-=CaCO3+SO42-,室温下,该反应的化学平衡常数为__(室温下,Ksp(CaCO3)=3×10-9,Ksp(CaSO4)=9×10-6)。
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