题目内容
【题目】清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。
Ⅰ. 工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇,有关化学反应如下:
反应A:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6kJ·mol-1
反应B:CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g) △H2=+41kJ·mol-1
⑴ 写出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式: __________________。
⑵ 反应A可自发进行的温度条件是________(填“低温”或“高温”) 。
⑶ 写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________。
⑷ 在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混和气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示(选择性:转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)。
温度对反应的影响 压强对反应的影响
① 由上图可知,影响产物选择性的外界条件是______。
A. 温度 B. 压强 C. 催化剂
② 如图中M点温度为250℃,CO2的平衡转化率为25%,该温度下反应B的平衡常数为________________(用分数表示)。
Ⅱ.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水,并以NaCl调节溶液中氯离子浓度,阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。
⑸ 阳极反应式为__________________________________。
⑹ 除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。
【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.6kJ·mol-1 低温 增大压强,适当降温,及时分离出产物(H2O或CH3OH) AB 1/60 2Cl――2e―= Cl2↑ 2NH4++3Cl2= 8H++N2↑+6Cl―
【解析】
(1)根据盖斯定律分析解答;
(2)反应能自发进行,需要满足△H-T△S<0;
(3)提高甲醇的产率,应使平衡正向移动,结合方程式的特点判断;
(4)①根据温度和压强对反应的影响曲线图结合反应的方程式分析判断;②在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混合气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,250℃时,反应A和B达到平衡,平衡时容器体积为VL,CO2转化率为25%,根据温度对反应的影响曲线可知,CH3OH和CO选择性均为50%,结合方程式利用三段式结合平衡常数表达式分析计算;
(5)阳极发生氧化反应,氯离子放电生成氯气;
(6)氯气具有氧化性,铵根离子中氮是-3价,具有还原性,二者能够发生氧化还原反应,据此书写反应的离子方程式。
Ⅰ.(1)反应A:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6kJ·mol-1,反应B:CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g) △H2=+41kJ·mol-1,根据盖斯定律,将A-B得:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=(-49.6kJ·mol-1)-(+41kJ·mol-1)=-90.6kJ·mol-1,故答案为:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.6kJ·mol-1;
(2)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1,△H<0,△S<0,如反应能自发进行,应满足△H-T△S<0,低温下即可进行,故答案为:低温;
(3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.6kJmol-1,由化学计量数可知,增大压强,平衡正向移动;正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动;及时分离出产物(H2O或CH3OH),平衡也正向移动,这些措施均有利于提高甲醇的产率,故答案为:增大压强,适当降温,及时分离出产物(H2O或CH3OH);
(4)① 根据温度和压强对反应的影响曲线图可知,反应A为放热反应,反应B为吸热反应,改变温度,平衡一定移动,说明温度影响产物的选择性;增大压强,反应A正向移动,甲醇的产率增大,说明压强影响产物的选择性,因此温度和压强对产物的选择性均有影响,加入催化剂,平衡不移动,不会影响产物的选择性,故答案为:AB;
②在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混合气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,250℃时,反应A和B达到平衡,平衡时容器体积为VL,CO2转化率为25%,根据温度对反应的影响曲线可知,CH3OH和CO选择性均为50%,由方程式可知,消耗的二氧化碳的物质的量n(CO2)=×25%mol=mol,剩余二氧化碳的物质的量为mol,生成CH3OH和CO共mol,分别为mol,生成n(H2O)=mol,两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol,则剩余氢气的物质的量为mol-mol=mol,则反应B的平衡常数K===,故答案为:;
Ⅱ.(5)阳极发生氧化反应,氯离子放电生成氯气,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑,故答案为:2Cl--2e-=Cl2↑;
(6)氯气具有氧化性,铵根离子中氮是-3价,具有还原性,能够被氯气氧化成氮气,氯气得电子生成-1价的氯离子,反应的离子方程式为2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-,故答案为:2NH4++3Cl2=8H++N2↑+6Cl-。
【题目】镓是制作高性能半导体的重要原料。工业上常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物,利用该矿渣制镓的工艺流程如下:
已知:①镓在元素周期表中位于第四周期第ⅢA,化学性质与铝相似。
②lg2=0.3,lg3=0.48。
③部分物质的Ksp如F表所示
物质 | ||||
Ksp |
(1)滤渣1的主要成分是_________(写化学式)。
(2)加入H2O2的目的是(用离子方程式表示)___________。
(3)调pH的目的是______;室温条件下,若浸出液中各阳离子的浓度均为0.01 mol/L,当溶液中某种离子浓度小于mol/L时即认为该离子已完全除去,则pH应调节的范围为_______。
(4)操作D包括:__________过滤、洗涤、干燥。
(5)制备、精炼金属Ga。
①电解法制备金属镓。用惰性电极电解溶液即可制得金属镓,写出阴极电极反应式_________。
②电解法精炼金属镓(粗镓含Zn、Fe、Cu等杂质,已知氧化性:
下列有关电解精炼金属镓的说法正确的是_______(填字母序号)。
A .电解精炼镓时粗镓与电源的正极相连
B. 电解精炼过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C. 电解后,Cu和Fe沉积在电解槽底部形成阳极泥
D. 若用甲烷燃料电池电解精炼金属镓,当阴极有56.0 g镓析出时,电池负极最多消耗标准状况下的6.72 L