精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
20.氨气在生产、生活和科研中应用十分广泛.
(1)以CO2与NH3为原料合成尿素的主要反应如下:
2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H=-159kJ•mol-1
NH2CO2NH4(s)═CO(NH22(s)+H2O(g)△H=+72kJ•mol-1
H2O(l)═H2O(g)△H=+44kJ•mol-1
则反应2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-131kJ•mol-1
(2)某温度下,向容积为1000ml的密闭容器中通入4molNH3和2molCO2发生反应2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(s)+H2O(g),物质X的浓度变化曲线如图1所示.

①前5s内,v(H2O)=0.1mol•L-1•s-1
②该条件下的平衡常数K=0.25.
(3)T℃时,将等物质的量的NO和CO充入体积为2L的密闭容器中,保持温度和体积不变,反应过程(0--15min)中NO的物质的量随时间的变化如图2所示.
①平衡时若保持温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8mol,平衡将向右(填“向左”“向右”或“不”) 移动.
②图3中a、b分别表示在一定温度下,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n(NO)的变化曲线,其中表示催化剂表面积较大的曲线是b(填“a”或“b”).
③15min时,若改变外界反应条件,导致n(NO)发生如图所示的变化,则改变的条件可能是增大CO的物质的量浓度(或增大压强).
(4)已知H2O2是一种弱酸,在强碱溶液中主要以HO${\;}_{2}^{-}$形式存在.现以Al-H2O2燃料电池电解尿素[CO(NH22]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过,c、d均为惰性电极).
①电解时,Al消耗2.7g,则产生标准状况下氮气的体积为1.12L.
②c电极的电极反应式为CO(NH22+8OH--6e-═N2↑+6H2O+CO32-

分析 (1)由已知热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式;
(2)①根据图象可知X为氨气,根据v=$\frac{△c}{△t}$计算前5s内v(NH3),然后根据计量数与反应速率成正比计算v(H2O);
②平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$;
(3)①起始时,NO为4mol,平衡时NO为0.2mol,根据方程式求出平衡时CO、CO2、N2的浓度,根据平衡常数表达式计算;根据Qc与k的相对大小分析;
②催化剂表面积较大,反应速率快,达到平衡所用时间短;
③由图象可知,NO的浓度减小,平衡向正方向移动;
(4)电解时,电池反应时中,氮元素化合价由-3价变为0价,H元素化合价由+1价变为0价,所以生成氮气的电极是阳极,生成氢气的电极是阴极,则a是负极、b为正极,H2O2-Al燃料电池工作时,Al为负极被氧化,H2O2为正极被还原,以此解答该题.

解答 解:(1)①2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H=-159kJ•mol-1
②NH2CO2NH4(s)═CO(NH22(s)+H2O(g)△H=+72kJ•mol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H=+44kJ•mol-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式为:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-131kJ/mol,
故答案为:-131;
(2)①X的初始浓度为4mol/L,则X为NH3,5min内v(NH3)=$\frac{4mol/L-3mol/L}{5s}$=0.2mol•L-1•s-1,v(H2O)=$\frac{1}{2}$v(NH3)=0.2mol•L-1•s-1×$\frac{1}{2}$=0.1mol•L-1•s-1
故答案为:0.1mol•L-1•s-1
 ②根据图象可知,平衡时氨气的浓度为2mol/L,
                         2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(s)+H2O(g),
反应前(mol/L)    4              2                                            0
转化(mol/L)       2              1                                            1
平衡时(mol/L)    2             1                                             1
该稳定性该反应的平衡常数K=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25,
故答案为:0.25;
(3)①起始时,NO为0.4mol,平衡时NO为0.2mol,
                    2NO(g)+2CO(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO2(g)+N2
起始物质的量:0.4mol  0.4mol                       0             0
转化的物质量:0.2mol  0.2mol                  0.2mol       0.1mol
平衡物质的量:0.2mol  0.2mol                  0.2mol       0.1mol
则平衡时的浓度:c(NO)=0.1mol/L,c(CO)=0.1mol/L,c(CO2)=0.1mol/L,c(N2)=0.05mol/L,
该稳定性该反应的平衡常数K=$\frac{0.{1}^{2}×0.05}{0.{1}^{2}×0.{1}^{2}}$=5;
平衡时若保持温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8mol,则c(CO)=0.5mol/L,c(N2)=0.45mol/L,
此时的浓度商Qc=$\frac{0.{1}^{2}×0.45}{0.{1}^{2}×0.{5}^{2}}$=1.8<k,则平衡将向右移动,
故答案为:向右;
②催化剂表面积较大,反应速率快,达到平衡所用时间短,由图可知,b曲线代表的条件下反应速率快,所以b的催化剂的表面积大;
故答案为:b;
③由图象可知,NO的浓度减小,平衡向正方向移动,所以改变的条件为增加CO的物质的量浓度或增大压强;
故答案为:增大CO的物质的量浓度(或增大压强);
(4)①c极生成氮气,说明尿素失去电子被氧化,电极反应式为:CO(NH22+8OH--6e-═N2↑+6H2O+CO32-
故答案为:CO(NH22+8OH--6e-═N2↑+6H2O+CO32-
②每消耗2.7g Al,则转移0.3mol电子,电解池阳极中氮元素化合价由-3价变为0价,在可生成0.05mol氮气,理论上产生气体在标况下体积为:22.4L/mol×0.05mol=1.12L,
故答案为:1.12.

点评 本题考查较为综合,涉及化学平衡的计算、反应热与焓变、化学反应速率的计算及原电池与电解池的应用等知识,题目难度中等,明确化学平衡及其影响为解答关键,注意掌握三段式在化学平衡计算中的应用,试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.将一小块金属钠长期露置于空气中,最终的产物是(  )
A.Na2CO3B.Na2OC.NaOHD.Na2CO3•10H2O

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:多选题

11.下列操作能导致置换反应发生的是(  )
A.将铁片置于浓硝酸中B.将锌片置于MgCl2溶液中
C.将金属钠置于CuSO4溶液中D.将铝粉与氧化铁混合发生铝热反应

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

8.火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染和温室效应.对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的.
(1)脱硝.利用甲烷催化还原NOx
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol.
(2)脱碳.将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线如图1所示,则上述反应的△H3<0(填“>”、“<”或“=”).
②在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2,进行上述反应.测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.

试回答:0~10min内,氢气的平均反应速率为0.225mol•L-1•min-1;该温度下,反应的平衡常数的值为$\frac{16}{3}$(结果保留一位小数);第10min后,向该容器中再充入1molCO2和3molH2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数变大(填“变大”、“减少”、“不变”).
(3)脱硫.
①某种脱硫工艺中将废弃经处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥.在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液.使溶液的pH=7,则溶液中:c(Na+)+c(H+)<c(NO3-)+c(OH-)(填“>”、“<”“=”).
②如图3电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH4+和SO42-.物质A的化学式为H2SO4,阴极的电极反应式是NO+5e-+6H+=NH4++H2O.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.25℃时,0.1mol•L-1CH3COONa溶液的pH=a,下列说法错误的是(  )
A.该溶液中由水电离出的c(OH-)=10a-14
B.加水稀释,$\frac{c(C{H}_{3}COOH)}{c(C{H}_{3}CO{O}^{-})•c({H}^{+})}$减小
C.该温度下,pH=a的NaOH溶液的物质的量浓度小于0.1mol•L-1
D.加入等浓度、等体积的CH3COOH溶液,所得溶液中c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.充分燃烧某烃的含氧衍生物,消耗氧气的体积与生成的二氧化碳的体积之比为9:8(相同条件下).则此有机物的最简通式是(  )
A.Cn(H2O)mB.(C2O3n(H2O)mC.(C2H)n(H2O)mD.(CO)n(H2O)m

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

12.(1)完全燃烧0.1mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液,实验结束后,称得浓硫酸增重9g,浓碱液增重17.6g.该烃的化学式C4H10,并写出其所有可能的结构简式:CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH3
(2)两种气态烃以任意比例混合,在120℃时1L该混合烃与9L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体仍为10L.则两气态烃的分子的组成要符合的条件是混合气中平均含有H原子数为4.
(3)如图所示,将浸透了石蜡油(分子中含有17个碳原子以上的液态烷烃混合物)的矿渣棉放置在硬质试管的底部,试管中加入碎瓷片,给碎瓷片加强热,石蜡油蒸气通过碎瓷片表面,发生反应,可得到一定量的气体生成物,用该生成物进行如下实验:
①生成的气体通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色.
②生成的气体通入Br2的CCl4溶液中,溶液褪色.
③用排水法收集一试管气体,点燃,燃烧时火焰明亮,有黑烟产生(甲烷燃烧时火焰为淡蓝色,无烟).
根据以上现象思考:
A.用其最简单的同系物为例,写出②的反应方程式:CH2=CH2+Br2→CH2BrCH2Br.
B.碎瓷片的作用是催化剂.
C.产生黑烟的原因是烃中含碳量较高,导致不易充分燃烧.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.原子序数小于36的元素X,其原子最外层中未成对电子数最多,含这种元素的阴离子可能是(  )
①XO3-②XO${\;}_{3}^{2-}$          ③XO${\;}_{4}^{2-}$           ④XO${\;}_{4}^{3-}$.
A.①②B.②③C.①④D.只有①

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.1.85g某饱和一氯代烃与足量的NaOH水溶液混合加热后,用稀硝酸酸化,再加入足量AgNO3溶液,生产2.87g白色沉淀.
(1)请写出该一氯代烃的各种同分异构体的结构简式:CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、CH3CH(CH3)CH2Cl、(CH33CCl;
(2)若该一氯代烃与足量的NaOH水溶液共热后,不经稀硝酸酸就加AgNO3溶液,产生的现象是褐色沉淀,写出有关反应的化学方程式:AgNO3+NaOH=AgOH↓+NaNO3,2AgOH=Ag 2O+H 2O.
(3)能否用AgNO3溶液直接与卤代烃反应来鉴别卤素原子:不能(填“能”或“不能”),原因是卤代烃中的卤素均是以卤原子的形式与碳原子结合,不能在水溶液中直接电离出X- (F-、Cl-、Br-、I- ),故不能与Ag+ 反应产生沉淀.

查看答案和解析>>

同步练习册答案