【题目】碳在冶金工业上具有重要用途。已知氧与碳的反应主要有:
Ⅰ.C(s)+O2(g)CO2(g) △H1=-394kJ·mol-1
Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) △H2=-221kJ·mol-1
Ⅲ.2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H3
上述反应的△G~T如图所示,且满足△G=△H-T△S。
请回答:
(1)曲线a代表反应_________(填“I”、“II”或“III”),理由是__________。
(2)研究发现,以CO2替代高温水蒸气作为煤气化反应(H2O与C反应)的气化剂,实现了CO2零排放的新工艺。写出反应IV的热化学方程式___________(碳的计量数为1)。在1273K时,测得碳转化率[α(C)]与时间t变化如图所示。保持其它条件不变,请画出1773K时α(C)~t关系图______。
(3)当T=T1时,反应IV处于平衡状态,下列关于反应IV的说法正确的是_________。
A.因平衡时△G=0,若△H变化173.3kJ·mol-1,△S变化173.3J·K-1·mol-1,计算得T1=1000K
B.T<T1时,反应向逆反应方向移动
C.当碳的浓度不再变化时,一定处于平衡状态
D.因平衡常数K的值不再变化,反应达到了平衡
(4)当T=1273K时,仅存在CO、CO2两种气体,且维持总压为1 atm,此时反应IV的Kp=112,则CO气体所占的分压p(CO)为___________atm。(列式即可)
【答案】Ⅲ H3=-567kJ/mol,S<0,由G=H-TS,曲线斜率为正值 C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol AB
【解析】
(1)曲线a是上升的,曲线斜率为正值,只有H<0,S<0符合。
(2)温度升高,缩短了达到平衡的时间,反应正向进行,转化率增加。
(3)根据△G=H-TS=0解答。
(4)由于体系中只存在2种气体,设CO的分压为x,则CO2的分压为1-x,Kp=,解得x的值即可。
(1)上述三个反应中,只有反应ⅢH3<0,S<0,由G=H-TS,曲线斜率为正值,故本题答案为:Ⅲ;H3=-567 kJ/mol,S<0,由G=H-TS,曲线斜率为正值。
(2)以CO2替代高温水蒸气作为煤气化反应的气化剂,根据盖斯定律可知方程式为:C(s)+CO2(g)=2CO(g),H4=H2-H1=+173 kJ/mol。在1773K时,温度升高,缩短了达到平衡的时间,反应正向进行,转化率增加,所以图像为:,故本题答案为:C(s)+CO2(g)=2CO(g) H4=+173kJ/mol;。
(3)A.因平衡时△G=H-TS=0,当△H变化173.3kJ·mol-1,△S变化173.3J·K-1·mol-1时, T1==1000K,A正确;
B.该反应为吸热反应,温度降低,逆向进行,B正确;
C.碳是纯固体,浓度看做1,不能作为化学平衡的判断依据,C错误;
D.当温度不变,改变浓度或压强,化学平衡可能发生移动,但平衡常数K的值不再变化,D错误;
本题答案为:AB。
(4)当T=1273K时,仅存在CO、CO2两种气体,且维持总压为1 atm,设CO的分压为x,则CO2的分压为1-x,Kp=,解得x=,故本题答案为:。
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【题目】某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物进行了如下探究:
(1)装置的连接顺序为a→_____→______→_____→_____→b→c→f。________
(2)硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接,这样做的优点是________________。
(3)反应一段时间,熄灭酒精灯,冷却后,将收集器及硬质玻璃管中的物质快速转移至锥形瓶中,加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡),充分反应后,进行如下实验:
试剂X中溶质的化学式为____________;固体产物的成分可能为_____(填字母)。
A.Fe和FeCl3 B.FeCl2和FeCl3 C.Fe、FeCl2和FeCl3 D.Fe和FeCl2
(4)加入少许植物油的作用是____________,加入新制氯水后溶液红色加深的原因:___________(用离子方程式表示)。
(5)现有一含FeCl2和FeCl3混合物的样品,用离子交换法测得n(Fe):n(Cl)=1:2.1,则该样品中FeCl3的物质的量分数为______。(计算结果保留两位有效数字)
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【题目】古代炼铜,主要矿物原料是孔雀石 [Cu2(OH)2CO3],燃料是木炭,涉及的反应有:
①Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2↑+H2O②2CuO+C 2Cu+CO2↑
③CuO+CO Cu+CO2 ④CO2+C 2CO
(1)从四种基本反应类型看:反应①、②、④分别属于:______、________、____________。
(2)在上述反应中,属于氧化还原反应的是 __________________(填序号)。其中这几个反应的氧化剂分别是:____________、___________、______________。
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【题目】C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题,科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的不利影响。
(1)在催化剂存在的条件下,用H2将NO还原为N2。已知:
则氢气和一氧化氮反应生成氮气和水蒸气的热化学方程式是_____。
(2)在500℃下合成甲醇的反应原理为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在1L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,压强为p0,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压Kp代替平衡浓度,计算分压=总压×物质的量分数)
①反应进行到4min时,v(正)__v(逆) (填“>”“<”或“=”)。0~4min,H2的平均反应速率v(H2)=_mol·L-1·min-1。
②CO2平衡时的体积分数为___,该温度下Kp为__(用含有p0的式子表示)。
③下列能说明该反应已达到平衡状态的是___。
A.v正(CH3OH)=3v逆(H2)
B.CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1:3:1:1
C.恒温恒压下,气体的体积不再变化
D.恒温恒容下,气体的密度不再变化
④500℃、在2个容积都是2L的密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器 | 容器甲 | 容器乙 |
反应物起始投入量 | 1mol CO2,3mol H2 | 0.5mol CO2,1mol H2 1mol CH3OH,1mol H2O |
CH3OH的平衡浓度/mol ·L-1 | C1 | C2 |
则乙容器中反应起始向___方向进行;c1___c2。(填“>”“<”或“=”)
(3)甲醇作为一种燃料还可用于燃料电池。在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用甲醇、空气与CO2的混合气体作反应物,镍作电极,用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。该电池的负极反应式为___。
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【题目】艾司洛尔是预防和治疗手术期心动过速或高血压的一种药物,艾司洛尔的一种合成路线如下:
回答下列问题:
(1)丙二酸的结构简式为_______;E中含氧官能团的名称是_______。
(2)D生成E的反应类型为____________。
(3)C的结构简式为________________。
(4)A遇FeCl3溶液发生显色反应,1 mol A和1 mol丙二酸在吡啶、苯胺中反应生成1 mol B、1 mol H2O和1 mol CO2,B能与溴水发生加成反应,推测A生成B的化学方程式为____。
(5)X是B的同分异构体,X同时满足下列条件的结构共有____种,其中核磁共振氢谱有五组峰的结构简式为____。
①可与碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳
②遇FeCl3溶液发生显色反应
③除苯环外不含其他环
(6)写出以苯甲醇和丙二酸为原料制备的合成路线________(其他试剂任选)。
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【题目】外循环三相反应器连续制备高锰酸钾新技术是目前高锰酸钾工业发展的主要方向。该法以软锰矿(主要成分为MnO2)为原料生产高锰酸钾。该工艺路线制备高锰酸钾如下:
已知:一些化合物溶解度(单位:g)随温度的变化如表
物质 温度℃ | KMnO4 | KCl | K2CO3 |
20 | 6.4 | 34.0 | 52.5 |
90 | 45.2 | 56.7 | 60.9 |
回答下列问题:
(1)原料软锰矿与氢氧化钾按一定的比例在“进料”时加热熔融后再和氧气进行“反应”,“进料”前应将软锰矿粉碎,其作用是____。
(2)“反应”中发生反应的化学方程式为____。
(3)将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺。
①“CO2歧化法”是传统工艺,即向溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱碱性。
K2MnO4发生歧化反应时,能否用盐酸代替CO2____(请填写“能”或“不能”)。待锰酸钾全部歧化后,静置一段时间后过滤。从滤液中得到高锰酸钾晶体的操作是:____。
②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,电解槽中阳极发生的电极反应为____,电解产物____可以循环利用。
③“CO2歧化法”和“电解法”相比较,K2MnO4的理论利用率之比为____。
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【题目】磷化硼(BP)是一种受到高度关注的金属保护层耐磨材料,可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温制得。
(1)合成BP的反应中,基态原子未成对电子最多的元素符号为____,核外电子数最多的元素的基态原子电子占据最高能级上的电子数为____。B所在的周期第一电离能最大的元素名称为____。
(2)三溴化磷分子的中心原子价层电子对数为____,分子空间结构为____形。BBr3空间结构为____形,PBr3分子中键角比BBr3分子中键角____(填>、<或=)。
(3)N与P同主族。科学家在一定条件下把氮气(氮氮三键键能为942kJmol-1)聚合为固体高聚氮,全部以N-N键相连且键能为160kJmol-1,这种固体高聚氮可能潜在的用途是____,这是因为____。
(4)BP晶胞,磷原子在晶胞中采用金属铜原子的堆积方式,硼原子填充在其四面体空隙中,则其四面体填充率为____,已知晶胞参数a=478pm,则硼和磷原子的核间距为____pm(保留整数)。
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【题目】短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的位置如下图所示,若W原子最外层电子数是其内层电子总数的3/5。下列说法中,正确的是
A. X只有一种氧化物
B. 气态氢化物的稳定性Z>W
C. 原子半径由大到小排列顺序Z>Y>X
D. 元素X是自然界中形成化合物种类最多的元素
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【题目】Zn是一种应用广泛的金属。用闪锌矿(主要成分为ZnS,还含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS、砷化合物杂质等)为原料制备金属Zn和ZnSO4·7H2O的流程如图所示:
①相关金属离子[c(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子 | Fe3+ | Fe2+ | Zn2+ | Cd2+ |
开始沉淀的pH | 1.5 | 6.3 | 6.2 | 7.4 |
沉淀完全的pH | 2.8 | 8.3 | 8.2 | 9.4 |
②FeAsO4难溶于水;ZnSO4·7H2O易溶于水,难溶于酒精。
回答下列问题:
(1)滤渣1的主要成分除SiO2外还有______,焙烧后产生的气体对环境造成的常见危害为______。
(2)氧化除杂工序中加入ZnO的作用是___________。
(3)制得的ZnSO4·7H2O需洗涤,洗涤晶体时应选用的试剂为____________。
(4)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为___________。不能省去“还原除杂”步骤,直接在“氧化除杂”步骤中除去Cd2+,理由是________。
(5)回收所得的Cd可用于制造镍镉碱性二次电池,电池工作时,正极NiO(OH)转化为Ni(OH)2,则充电时电池的阳极反应式为_____________;沉积锌后的电解液可返回______工序继续使用。
(6)酸浸液中砷元素以AsO33-存在,在氧化除杂时加入酸性KMnO4溶液,KMnO4可与AsO33-发生反应生成FeAsO4,写出该反应的离子方程式为___________。
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