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9.晶体硅制太阳能电池是发展低碳能源的重要举措.晶体硅的主要制备步骤如下:
(一)用石英砂(含有少量Fe2O3、A12O3杂质)为原料制二氧化硅;
(二)高温下用碳还原二氧化硅制粗硅;
(三)粗硅提纯:
方案Ⅰ:Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl3+H2
SiHCl3+H2$\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl
方案Ⅱ:Si+2Cl2$\frac{\underline{\;460-500℃\;}}{\;}$SiCl4
SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;电炉\;}}{铝丝}$Si+4HCl
试回答下列问题:
(1)要除去石英砂中的少量杂质,所用试剂为HCl(填名称);
(2)写出步骤二中发生反应的化学方程式SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑;
(3)粗硅提纯必须在无氧氛围中进行,原因是①硅易被氧化成二氧化硅;②防止O2进去与H2混合引起爆炸;
(4)氢气可由天然气与水反应生成:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H>0.
①要提高CH4的利用率,可采取的措施是通入足量水;降低压强; (至少写两条)
②在一定温度下,向体积为2L的密闭容器中加入5mol甲烷和6mol水蒸气,一段时间后,测得平衡时甲烷的转化率为40%,试计算该温度下平衡常数K=9.

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8.NaCl是价廉且应用广泛的化工业原料,例如应用于纯碱工业、氯碱工业、氯酸钾工业、肥皂工业等.
(1)19世纪60年代氨碱法是纯碱工业广泛使用的方法,20世纪20年代以后被联合制碱法逐渐取代.
①请写出以NaCl为原料利用氨碱法生产纯碱的化学方程式NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2CO3+CO2↑+H2O.
②在联合制碱法中,纯碱工厂与合成氨工厂进行联合生产,以方便的获得原料NH3、CO2
③在联合制碱法中循环使用,而在氨碱法中循环使用率不高的物质是CO2、NaCl.
(2)氯酸钾是重要的化工业产品,在火柴、炸药、雷管、焰火等制造中有重要应用,工业中首先通过电解热食盐水制得氯酸钠,再加入一定量的氯化钾即可得到氯酸钾沉淀.
①在火柴、炸药、雷管、焰火的制造过程中大量使用氯酸钾,主要应用氯酸钾的强氧化性.
②请写出电解食盐水生产氯酸钠的化学方程式NaCl+3H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO3+3H2↑.该工艺过程中使用    的装置与氯碱工业中使用的装置主要区别有需要加热恒温控制、没有离子交换膜(请答出两点).
(3)在肥皂的工业生成过程中,也要使用NaCl的目的是加入食盐使肥皂析出.

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7.氨气是化学工业上应用非常广泛的物质.侯氏制碱法的第一步反应是向饱和氨化盐水中通入二氧化碳.现在45℃时,取117g食盐配制成饱和溶液,向其中通入适量氨气后,再向其中通入二氧化碳,使反应进行完全.试计算并回答下列问题(计算结果取三位有效数字)(有关物质的溶解度数据如表,单位:g/100g水).
1NaClNaHCO3NH4Cl
10℃35.88.1533.0
45℃37.014.050.0
(1)117g食盐理论上可以制取纯碱106g;45℃反应完毕后,有晶体析出;溶液中剩余水280g,析出晶体的质量129g;过滤除去析出的晶体后再降温至10℃,又有晶体析出,则所析出晶体的质量共30.8克.
工业制硝酸也是氨气重要用途之一,反应如下:
4NH3+5O2→4NO+6H2O       2NO+O2→2NO2      3NO2+H2O→2HNO3+NO
设空气中氧气的体积分数为0.20,氮气的体积分数为0.80.
(2)a mol NO完全转化为HNO3理论上需要氧气0.75amol;为使NH3恰好完全氧化为NO,氨-空气混合气体中氨的体积分数(用小数表示)为0.14.
(3)20.0mol NH3用空气氧化,产生混合物的组成为:NO 18.0mol、O2 12.0mol、N2 150.0mol和一定量硝酸,以及其他成分(高温下NO与O2不化合).计算氨转化为HNO3的转化率.
(写出简要计算过程)

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6.一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料.有机物加氢反应中镍是常用的催化剂.但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒,在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2,为弄清该方法对催化剂的影响,查得资料如下:

则:(1)①不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是避免O2与Ni反应再使其失去催化作用.
②SO2(g)+2CO(g)=S(s)+2CO2(g)△H=-270kJ/mol.
(2)工业上用一氧化碳制取氢气的反应为:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),已知420℃时,该反应的化学平衡常数K=9.如果反应开始时,在2L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60mol,5min末达到平衡,则此时CO的转化率为75%,H2的平均生成速率为0.045mol•L-1•min-1
(3)为减少雾霾、降低大气中有害气体含量,研究机动车尾气中CO、NOx及CxHy的排放量意义重大.机动车尾气污染物的含量与空/燃比 (空气与燃油气的体积比)的变化关系示意图如图Ⅲ所示,请解释:
①随空/燃比增大,CO和CxHy的含量减少的原因是空/燃比增大,燃油气燃烧更充分,故CO、CxHy含量减少.
②当空/燃比达到15后,NOx减少的原因可能是因为反应 N2(g)+O2(g)?2NO(g) 是吸热反应,当空/燃比大于15后,由于燃油气含量减少,燃油气燃烧放出的热量相应减少,环境温度降低,使该反应不易进行,故NOx减少.

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5.研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义.
(1)NO2可用水吸收,相应的化学反应方程式为3NO2+H2O═2HNO3+NO.
(2)已知:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)△H=-196.6kJ•mol-1
2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)△H=-113.0kJ•mol-1
则反应NO2(g)+SO2(g)?SO3(g)+NO(g)的△H=-41.8kJ•mol-1
一定条件下,将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是b.
a.体系压强保持不变               b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变      d.每消耗1mol SO3的同时生成1molNO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:6,则平衡常数K=$\frac{8}{3}$.

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4.研究CO、NO2、SO2等大气污染气体的处理具有重要意义.
(1)I2O5可使H2S、CO、HCl等氧化,常用于定量测定CO的含量.已知:
2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s)△H=-75.56kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
写出CO(g)与I2O5(s)反应生成I2(s)和CO2(g)的热化学方程式:5CO(g)+I2O5(s)=5 CO2(g)+I2(s)△H=-1377.22kJ/mol.
(2)已知反应:NO2(g)+SO2(g)?SO3(g)+NO(g)的△H=-41.8kJ•mol-1
一定条件下,将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是b.
a.体系压强保持不变       b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变   d.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:6,则平衡常数K=$\frac{8}{3}$.
(3)CO可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).
①该反应在40℃和60℃时的平衡常数分别为K1和K2,若K1大于K2,则该反应为放热反应.(填“放热”或“吸热”)
②该反应的焓变为△H,活化能为E0,下列能量关系图(图1)合理的是B.
(4)某温度时,根据的H2浓度随时间的变化曲线,请在同一图(图2)中绘出CH3OH浓度随时间的变化曲线.

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3.甲烷水蒸气重整制合成气是利用甲烷资源的途径之一,该过程的主要反应是
反应①:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H>0
(1)已知:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H1=-802kJ•mol-1
CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•mol-1
H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJ•mol-1
则反应①的△H=△H1-△H2-3×△H3(用△H1、△H2和△H3表示).
(2)其他条件相同,反应①在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反应相同时间后,CH4的转化率随反应温度的变化如图1所示.

①在相同条件下,三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ.
②a点所代表的状态不是(填“是”或“不是”)平衡状态.
③c点CH4的转化率高于b点,原因是b和c都没平衡,c点温度高,反应速率快,相同时间内转化率高.
(3)反应①在恒容密闭反应器中进行,CH4和H2O的起始物质的量之比为1:2,10h后CH4的转化率为80%,并测得c(H2O)=0.132mol•L-1,计算0~10h内消耗CH4的平均反应速率(写出计算过程,结果保留2位有效数字).
(4)在如图2的坐标图中,画出反应①分别在700℃和850℃下进行时,CH4的转化率随时间t变化的示意图(进行必要标注).

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科目: 来源: 题型:多选题

2.一定温度下,向容积为2L的恒容密闭容器中充入6mol CO2和8mol H2,发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1,测得n(H2)随时间变化如曲线Ⅰ所示.下列说法正确的是(  )
A.该反应在0~8 min内CO2的平均反应速率是 0.375 mol•L-1•min-1
B.若起始时向上述容器中充入3 mol CO2和4 mol H2,则平衡时H2的体积分数大于20%
C.若起始时向上述容器中充入4 mol CO2、2 mol H2、2 mol CH3OH和1mol H2O(g),则此时反应向正反应方向进行
D.改变条件得到曲线Ⅱ、Ⅲ,则曲线Ⅱ、Ⅲ改变的条件分别是升高温度、充入氦气

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科目: 来源: 题型:解答题

1.二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)是我国能源领域的一个重要战略方向,CCUS或许发展成一项重要的新兴产业.

(1)已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1=a kJ•mol-1
CO(g)+H2O (g)═CO2(g)+H2 (g)△H2=b kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H3=c kJ•mol-1
反应CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g) 的△H=(a+2b-2c)kJ•mol-1
(2)利用废气中的CO2为原料制取甲醇,反应方程式为:CO2+3H2═CH3OH+H2O其他条件相同,该甲醇合成反应在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反应相同时间后,CO2的转化率随反应温度的变化如图1所示.
①a点所代表的状态不是(填“是”或“不是”)平衡状态.
②c点CO2的转化率高于b点,原因是b、c点均未达到平衡状态,c点温度高,反应速率较快,故CO2的转化率较大.
(3)用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃,起始时以0.1MPa,n(H2):n(CO2)=3:1的投料比充入反应器中,发生反应:2CO2(g)+6H2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$C2H4(g)+4H2O(g)△H,不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示:
①该进行的反应的△S<0(填:“>”或“<”)
②对于气体反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP=$\frac{p({C}_{2}{H}_{4})×{p}^{4}({H}_{2}O)}{{p}^{2}(C{O}_{2})×{p}^{6}({H}_{2})}$.
③为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是增大压强;提高氢气和二氧化碳物质的量的比值(列举2项)

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20.“Cl化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)为原料合成工业产品的化学工艺,对开发新能源和控制环境污染有重要意义
(1)一定温度下,在两个容积均为2L的密闭容器中,分别发生反应:CO2 (g)+3H2(g)?CH3OH g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol.相关数据如下:
容器
反应物投入量1mol CO2(g)和3mol H2(g)1mol CH3OH(g)和1mol H2O(g)
平衡时c(CH3OH)c1c2
平衡时能量变化放出29.4kJ吸收 a kJ
请回答:①c1=c2(填“>”、“<”或“=”);a=19.6.
②若甲中反应10s时达到平衡,则用CO2来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是0.03mol/(L•S)
(2)压强为p1时,向体积为1L的密闭容器中充入b mol CO 和2b mol H2,发生反应CO (g)+2H2(g)?CH3OH(g).平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图1所示.请回答:①该反应属于放(填“吸”或“放”)热反应;p1 <p2(填“>”、“<”或“=”)
②100℃时,该反应的平衡常数K=$\frac{1}{{b}^{2}}$(用含b的代数式表示).
(3)一定条件下,治理汽车尾气的反应是2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)△H<0.在恒温恒容的密闭容器中通入n(NO):n(CO)=1:2的混合气体,发生上述反应.下列图象正确且能说明反应在进行到t1时刻一定达到平衡状态的是cd(选填字母).

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同步练习册答案