【题目】二氧化碳减排和再利用技术是促进工业可持续发展和社会环保的重要措施。
(1)将工业废气中的二氧化碳转化为甲醇,其原理是:CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol。308K时,向2L密闭容器中通入0.04 mol CO2和0.08 mol H2,测得其压强(p)随时间(t)变化如图1中曲线I所示。
①反应开始至达平衡时,υ(H2)=________;该温度下反应的平衡常数为______。
②若其他条件相同时,只改变某一条件,曲线变化为II,则改变的条件是_____。
(2)还可以通过以下途径实现CO2向CH3OH的转化:
反应I:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H<0
反应Ⅱ:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H<0
反应I和反应Ⅱ的平衡常数K随温度T的变化如图2所示。
①根据图中数据分析可知,T1____T2(填“>”、“<”或“=”);T2时,CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数K=_____。
②某科研小组采用反应Ⅱ来合成甲醇,在450℃时,研究了n(H2):n(CO)分别为2:1、3:1时CO转化率的变化情况(如图3),则图中表示n(H2):n(CO)=3:1的变化曲线为______ (填“曲线a"或“曲线b”)。
(3)某同学将H2、CO2的混合气体充入一个密闭容器中,控制其他条件不变,改变起始物中H2、CO2的物质的量之比(用n表示)进行反应2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=QkJ/mol,实验结果如图4所示(图中T表示温度):
①若图像中T1>T2,则Q______0
②比较a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物CO2的转化率最高的是____________,n=______
【答案】0.006mol/(L﹒min) 104 催化剂 < 8 曲线a < c 3
【解析】
(1)①利用平衡时的压强和起始时的压强计算CO2的转化量,进一步计算氢气的反应速率;
②由图可追改变条件只缩短了反应到达平衡状态的时间,压强不发生变化;
(2)①反应I和反应Ⅱ均为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小;根据反应I和反应Ⅱ的平衡常数推导出反应CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数;
②增加反应物的量,平衡正向移动,CO的转化率增大;
(3)①升高温度乙醇的百分含量降低,平衡逆向移动;
②由图可知曲线上各点均处于平衡状态,n表示H2、CO2的物质的量之比,达到平衡后,增大氢气的用量,平衡正向移动,CO2的转化率增大;根据b点乙醇的百分含量最大进行分析。
(1)①设CO2转化了x mol/L
CO2(g) + 3H2(g) H2O(g) + CH3OH(g)
始(mol/L) 0.02 0.04 0 0
转(mol/L) x 3x x x
平(mol/L) 0.02-x 0.04-3x x x
==,解得x=0.01mol/L,υ(H2)===0.006mol/(L﹒min);
K===10000=104;
②由图可知改变条件只缩短了反应到达平衡状态的时间,压强不发生变化,催化剂只改变反应速率,平衡不移动,因此改变的条件是加入催化剂;
(2)①反应I和反应Ⅱ均为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,因此有T1<T2;反应I的平衡常数K1=,K2=,反应CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数K==K1K2=4×2=8;
②n(H2):n(CO)=3:1相当于增加反应物的量,使平衡正向移动,CO的转化率增大,因此表示n(H2):n(CO)=3:1的变化曲线为曲线a;
(3)①升高温度乙醇的百分数降低,平衡逆向移动,说明正向为放热反应,△H<0,即Q<0;
②由图可知曲线上个点均处于平衡状态,n表示H2、CO2的物质的量之比,达到平衡后,增大氢气的用量,平衡正向移动,CO2的转化率增大,因此a、b、c三点中,转化率最高的是c点;B点时乙醇的含量最高,此时===3。
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【题目】为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
A. 三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B. 充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH(aq)eNiOOH(s)+H2O(l)
C. 放电时负极反应为Zn(s)+2OH(aq)2eZnO(s)+H2O(l)
D. 放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区
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【题目】中国古代文献中记载了大量古代化学的研究成果,《本草纲目》中记载:“(火药)乃焰消(KNO3)、硫磺、杉木炭所合,以为烽燧铳机诸药者”,反应原理为:S+2KNO3+3C===K2S+N2↑+3CO2↑。
(1)氮原子的价层电子排布图为___________,烟花燃放过程中,钾元素中的电子跃迁的方式是___________,K、S、N、O四种元素第一电离能由大到小的顺序为___________。上述反应涉及的元素中电负性最大的是___________(填元素符号)。
(2)碳元素除可形成常见的氧化物CO、CO2外,还可形成C2O3(结构式为)。C2O3与水反应可生成草酸(HOOC—COOH)。
①C2O3中碳原子的杂化轨道类型为___________,CO2分子的立体构型为___________。
②草酸与正丁酸(CH3CH2CH2COOH)的相对分子质量相差2,二者的熔点分别为101℃、-7.9℃,导致这种差异的最主要原因可能是______________________。
③CO分子中π键与σ键个数比为___________。
(3)超氧化钾的晶胞结构图如下:
则与K+等距离且最近的K+个数为___________,若晶胞参数为dpm,则该超氧化物的密度为___________g·cm-3(用含d、NA的代数式表示,设NA表示阿伏加德罗常数的值)。
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【题目】A、B、C、D、E是元素周期表中原子序数依次增大的前四周期元素。A与B同周期,且A元素原子核外s能级有1个未成对电子;B元素的原子核外p电子比s电子少1;C元素的原子序数比B元素多1;D元素的原子价电子有6个未成对电子,它的一种化合物常用于检验酒驾;E元素的原子价电子有4个未成对电子。请回答下列问题:
(1)第一电离能介于A和B之间的同周期元素有___________(填元素符号)。
(2)B元素的最高价氧化物的水化物在水溶液中能完全电离,电离所得阴离子的空间构型为______。写出2种与该阴离子互为等电子体的微粒的化学式:_____。画出基态D原子的价电子排布图:_____。
(3)C元素对应的简单氢化物的沸点明显高于同族其他元素对应的简单氢化物,其原因是___________。
(4)元素D可以形成的配合物如图所示。
①该配合物中碳原子的杂化类型为___________。
②该配合物中所含化学键的类型不包括___________(填字母)。
a.极性共价键 b.非极性共价键 c.配位键 d.离子键 e.金属键 f.σ键 g.π键
(5)元素E的单质和氮气在640℃可发生置换反应产物之一的晶胞结构如图所示,该反应的化学方程式为___。若该晶体的密度是ρg·cm-3,则两个最近的E原子间的距离为___________cm。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)
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【题目】在一定条件下,将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2min末该反应达到平衡,生成0.8molD,测得C的浓度为0.2mol·L-1。下列判断错误的是( )
A.x=1
B.B的转化率为40%
C.2min内A的反应速率为0.6mol·L-1·min-1
D.若混合气体的平均相对分子质量不变,则表明该反应达到平衡状态
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【题目】在温度T1和T2时,分别将0.50 mol CH4和1.20 mol NO2充入体积为1 L的密闭容器中,发生如下反应:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),测得n(CH4)随时间变化数据如下表:
时间/min | 0 | 10 | 20 | 40 | 50 | |
T1 | n(CH4)/mol | 0.50 | 0.35 | 0.25 | 0.10 | 0.10 |
T2 | n(CH4)/mol | 0.50 | 0.30 | 0.18 | …… | 0.15 |
下列说法正确的是
A. T2时,CH4的平衡转化率为30.0%
B. 该反应的△H>0、T1<T2
C. 保持其他条件不变,T1时向平衡体系中再充入0.30molCH4和0.80mol H2O(g),平衡向正反应方向移动
D. 保持其他条件不变,T1时向平衡体系中再充入0.50molCH4和1.20molNO2,与原平衡相比,达新平衡时N2的浓度增大、体积分数减小
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【题目】工业上利用CO2和H2反应生成甲醇,也是减少CO2的一种方法。在容积为 1L 的恒温密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0 kJ/mol,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示:
(1)达到平衡的时刻是_________min(填“3”或“10”)。在前10min内,用CO2浓度的变化表示的反应速率υ(CO2)=_________mol/(L· min)。
(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_________。
a.容器内压强不变 b.混合气体中c(CO2)不变 c.υ(CH3OH)=υ(H2O) d.c(CH3OH)=c(H2O)
(3)达平衡后,H2的转化率是_________。平衡常数 K =_________(计算结果保留一位小数)。为了提高H2的转化率,可采取_________(填“增大”或“减小”)CO2浓度的措施。
(4)工业上也可用 CO 和H2合成甲醇
已知:①CO(g) + O2(g) = CO2(g) △H1=-283.0 kJ/mol
②H2(g) + O2(g) = H2O(g) △H2=-241.8 kJ/mol
③CH3OH(g) + O2(g) = CO2(g)+2H2O(g) △H3=-673kJ/mol
则反应CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g)△H=_________kJ/mol
(5)如图是甲醇燃料电池原理示意图,电池正极的电极反应式为:_________。
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【题目】已知气态烃A的产量是一个国家石油化工水平的重要标志,有机物A~E能发生如图所示一系列变化,则下列说法正确的是( )
A.A→B的反应类型为加成反应
B.常温下有机物C是一种有刺激性气味的气体
C.分子式为C4H8O2的酯有3种
D.l mol D与足量碳酸氢钠反应生成气体的体积为22.4L
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【题目】2018年8月3日我国确诊首例非洲猪瘟疫情。目前某有效药物的主要成分——姜黄素(分子式为C12H20O6)的一种合成路线如图所示:
已知:
①CH3CHO+CO2↑
②CH3CHO++H2O
回答下列问题:
(1)A的名称为_________;试剂X为_________。
(2)D中含有的官能团名称为_________。
(3)反应D→E的化学方程式为______________________________,其反应类型是________。
(4)下列有关G(C8H8O3)的叙述不正确的是_________(填正确答案编号)。
a.能与NaHCO3溶液反应 b.能与浓溴水发生取代反应
c.能与FeCl3溶液发生显色反应 d.l mol G最多能与3 mol H2发生加成反应
(5)姜黄素的结构简式为_________。
(6)G(C8H8O3)的同分异构体中,写出同时符合下列条件的结构简式为_________。
①苯环上的一取代物只有2种;
②核磁共振氢谱中有4组吸收峰;
③l mol该物质与烧碱溶液反应,最多消耗3 mol NaOH。
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