题目内容

(14分)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ?H=—92.4kJ?mol?1
一种工业合成氨的简易流程图如下:

(1)天然气中的H2S杂质常用常用氨水吸收,产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式:                                 
(2)步骤II中制氯气原理如下:

对于反应①,一定可以提高平衡体系中H2百分含量,又能加快反应速率的是           
a.升高温度  b.增大水蒸气浓度   c.加入催化剂   d.降低压强
利用反应②,将CO进一步转化,可提高H2产量。若1mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应,得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO转化率为            
(3)下左图表示500℃、60.0MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数:           
(4)依据温度对合成氨反应的影响,在下右图坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。

(5)上述流程图中,使合成氨放出的热量得到充分利用的主要步骤是(填序号)            ,简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法:                                                  

(1)2NH4HS +O2 = 2NH3?H2O+2S↓
(2)a         90%
(3)14.5%
(4)
(5)IV; 对原料气加压;分离液氨后。未反应的N2、H2循环使用。

解析

练习册系列答案
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工业上利用某工厂的废渣(主要含CuO70%、MgFe2O420%,还含有少量FeO、NiO等氧化物)制取精铜和颜料铁红。流程如图所示。

回答下列问题:
(1)净化Ⅰ操作分为两步:
第一步是将溶液中少量的Fe2氧化;
第二步是控制溶液pH,使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀。
①写出酸性条件下用H2O2氧化Fe2反应的离子方程式:                     
②25 ℃时,pH=3的溶液中,c(Fe3)=___________mol·L-1(已知25 ℃,Ksp[Fe( OH)3]=4.0×10-38)。  
③净化Ⅰ中第二步可选用CuO实现转化,用化学平衡移动原理说明其原因:
                                                                  
(2)用净化II所得的金属为电极进行电解得精铜,请写出阴极所发生的电极反应式:______________________________。
(3)为准确测定酸浸液中Fe2的物质的量浓度以确定H2O2的用量,测定步骤如下:
①取出25.00mL酸浸液,配制成250.0mL溶液。
②滴定:准确量取25.00mL所配溶液于锥形瓶中,将0.2000mol/LKMnO4溶液装入
              (填仪器名称),进行滴定,记录数据,重复滴定3次,平均消耗KMnO4溶液V mL。(反应离子方程式:5Fe2++MnO+10H+=5Fe3++Mn2++5H2O)
③计算酸浸液中Fe2+的物质的量浓度=                   mol/L (只列出算式,不做运算)。

氢能被视为未来的理想清洁能源,科学家预测“氢能”将是21世纪最理想的新能源。目前分解水制氢气的工业制法之一是“硫—碘循环”,主要涉及下列反应:
Ⅰ  SO2+2H2O+I2= H2SO4+2HI      Ⅱ   2HIH2+I2
Ⅲ  2H2SO4= 2SO2↑+O2↑+2H2O
(1)分析上述反应,下列判断正确的是      
a.反应Ⅲ易在常温下进行     b.反应I中SO2还原性比HI强
c.循环过程中需补充H2O      d.循环过程中产生1molO2的同时产生1molH2
(2)一定温度下,向2L密闭容器中加入1mol HI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如图所示。0—2min内的平均反应速率v(HI)=      。该温度下,反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K=     。相同温度下,若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,则      是原来的2倍。

a.平衡常数           b.HI的平衡浓度 
c.达到平衡的时间      d.平衡时H2的体积分数
(3)SO2在一定条件下可被氧化生成SO3,其反应为:2SO2 (g) + O2(g) 2SO3(g) △H<0。某科研单位利用原电池原理,用SO2和O2来制备硫酸,装置如图,电极为多孔的材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。

①a电极的电极反应式为                      
②若得到的硫酸浓度仍为49%,则理论上参加反应的SO2与加入的H2O的质量比为   。          
(4)实际生产还可以用氨水吸收SO2生成亚硫酸的铵盐。现取a克该铵盐,若将其中的SO2全部反应出来,应加入10 mol/L的硫酸溶液的体积范围为                

(16分)化学反应的能量变化、速率、限度是化学研究的重要内容。
(1)有关研究需要得到C3H8(g) = 3C(石墨,s) + 4H2(g)的ΔH,但测定实验难进行。设计下图可计算得到:
①ΔH      0(填>、<或=)
②ΔH =                      
(用图中其它反应的反应热表示)

(2)甲酸、甲醇、甲酸甲酯是重要化工原料。它们的一些性质如下:

物质
HCOOH
CH3OH
HCOOCH3
主要
性质
无色液体,与水互溶
K(HCOOH)>K(CH3COOH)
无色液体,与水互溶
无色液体,在水中溶解度小,与醇互溶
工业制备甲酸原理:HCOOCH3(l) + H2O(l)  HCOOH(l) + CH3OH(l),反应吸热,但焓变的值很小。常温常压下,水解反应速率和平衡常数都较小。
①工业生产中,反应起始,在甲酸甲酯和水的混合物中加入少量甲酸和甲醇,从反应速率和限度的角度分析所加甲酸和甲醇对甲酸甲酯水解的影响。
甲醇:                                               
甲酸:                                               
某小组通过试验研究反应HCOOCH3转化率随时间变化的趋势,在温度T1下,采用酯水比为1:2进行实验,测得平衡是HCOOCH3的转化率为25%。
②预测HCOOCH3转化率随时间的变化趋势并画图表示。

③该反应在温度T1下的平衡常数K=          
(保留两位有效数字)
(3)HCOOH成为质子膜燃料电池的燃料有很好的发展前景。
写出该燃料电池的电极反应式:
                                          

(14分)中国环境监测总站数据显示,颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物,其主要为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题:
(1)将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表:

离子
K+
Na+
NH
SO
NO
Cl
浓度/mol?L-1
4×10-6
6×10-6
2×10-5
4×10-5
3×10-5
2×10-5
根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH =         
(2) NOx是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下:

① N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=                                 
②当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式                                                  
③ 汽车汽油不完全燃烧时还产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)=2C(s)+O2(g),已知该反应的△H>0,该设想能否实现?       
(3)碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:

① 用离子方程式表示反应器中发生的反应                             
② 用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是                
③ 用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为:Ni(OH)2+M  NiO(OH)+MH,电池放电时,负极电极反应式为                          ; 充电完成时,全部转化为NiO(OH),若继续充电,将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸。

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