题目内容

(I)下图是工业生产硝酸铵的流程。

(1)吸收塔C中通入空气的目的是                           。A、B、C、D四个容器中的反应,属于氧化还原反应的是         (填字母)。
(2)已知:4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) +6H2O(g)    △H =-1266.8kJ/mol
N2(g) + O2(g) = 2NO(g)     △H =" +180.5" kJ/mol
写出氨高温催化氧化的热化学方程式:                                                          
(II)某合作小组同学将铜片加入稀硝酸,发现开始时反应非常慢,一段时间后反应速率明显加快。该小组通过实验探究其原因。
(3)该反应的离子方程式为___________________________________________________。
(4)提出合理假设。该实验中反应速率明显加快的原因可能是_____________________。
A.反应放热导致温度升高           B.压强增大
C.生成物有催化作用              D.反应物接触面积增大
(5)初步探究。测定反应过程中溶液不同时间的温度,结果如下表:

时间/min
0
5
10
15
20
25
35
50
60
70
80
温度/℃
25
26
26
26
26
26
26.5
27
27
27
27
 
结合实验目的和表中数据,你得出的结论是__________________________________。
(6)进一步探究。查阅文献了解到化学反应的产物(含中间产物)可能对反应有催化作用,请完成以下实验设计表并将实验目的补充完整:
实验
编号
铜片
质量/g
0.1mol·L-1
硝酸体积/mL
硝酸铜
晶体/g
亚硝酸钠
晶体/g
实验目的

5
20
_______
_______
实验①和②探究_________的影响;实验①和③探究亚硝酸根的影响。

5
20
0.5
0

5
20
0
0.5
 

(I)(1)使NO全部转化成HNO3 (或提供O2氧化NO)(2分); ABC(2分)(少1个扣1分,多1个没有分)
(2)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)  △H=-905.8kJ/mol(3分)
(II)(3)3Cu+8H+2NO3=3Cu2+2NO↑+4H2O (3分)
(4)AC(2分)
(5)温度不是反应速率明显加快的主要原因。(2分)
(6)(2分)

实验编号
铜片
质量/g
0.1mol·L-1
硝酸体积/mL
硝酸铜
晶体/g
亚硝酸钠
晶体/g
实验目的

5
20
 0 
 0 
实验①和②探究
   Cu2 的影响;实验①和③探究亚硝酸根的影响。

5
20
0.5
0

5
20
0
0.5
 

解析试题分析:(1)在整个生产流程中,第一次通入空气为了提高氨气的转化率,第二次是为了提高一氧化氮生成硝酸的转化率;整个流程中涉及的反应方程式有:①N2+3H2?2NH3②4NH3+5O=4NO+6H2O③2NO+O2═2NO2④3NO2+H2O═2HNO3+NO
⑤4NO2+O2+H2O═4HNO3⑥NH3+HNO3═NH4NO3,其中①②③④⑤属于氧化还原反应,即ABC属于氧化还原反应。
(2)氨高温催化氧化的热化学方程式可由①+2×②可得4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(g),所以△H=-1266.8kJ/mol+2×180.5 kJ/mol=-905.8kJ/mol
(3)铜与稀硝酸反应的离子方程式:3Cu+8H+2NO3 = 3Cu2+2NO↑+4H2
(4)影响化学反应速率的因素有压强、浓度、温度、催化剂、接触面积等,但是在铜与稀硝酸的反应中,压强不影响,硝酸的浓度随反应进行减小,铜的接触面积也减小,因此浓度、接触面积都不会加快反应速率;但是金属与酸的反应是放热反应,所以有可能是温度升高加快了反应速率,也有可能是生成物具有催化作用,生成的物质作催化剂加快了反应,故选AC。
(5)从表格中数据可知反应的80min中温度升高不多,因此温度对反应速率影响不大,不是主要因素。
(6)排除了温度因素后,探究生成物对反应的催化作用,所以生成物中或中间产物中可能有催化作用的是Cu2和亚硝酸根,所以控制变量进行探究,实验①和②探究Cu2的影响,实验①和③探究亚硝酸根的影响。
考点:本题考查的是氧还原反应、化学反应与能量、化学反应速率影响因素。

练习册系列答案
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(15分)资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放,还可重新获得燃料或重要工业产品。
(1)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知:
①2NH3(g)+ CO2(g)= NH2CO2NH4(s)    △H = -159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)= CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H = +116.49 kJ·mol-1
③H2O(l)= H2O(g) △H =+88.0 kJ·mol-1
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式                           
(2)在一定条件下,二氧化碳转化为甲烷的反应如下:
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)  ΔH<0
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2,在300℃时发生上述反应,达到平衡时各物质的浓度分别为CO2:0.2mol·L—1,H2:0.8mol·L—1,CH4:0.8mol·L—1,H2O:1.6mol·L—1,起始充入CO2和H2的物质的量分别为                   。CO2的平衡转化率为              
②现有两个相同的恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器I、II,在I中充入1 molCO2,和4 molH2,在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g) ,300℃下开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是                (填字母)。

A.容器I、II中正反应速率相同
B.容器I、II中CH4的物质的量分数相同
C.容器I中CO2的物质的量比容器II中的多
D.容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1
(3)华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示:

①上述生产过程的能量转化方式是       
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应式为               ,阴极的电极反应式为                          

“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张,发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出热值很高的煤炭合成气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g)            ΔH1=-393.5 kJ·mol–1          
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)      ΔH2=+131.3 kJ·mol–1          ②
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),ΔH= _________kJ·mol–1。在标准状况下,33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H2)与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应中转移______mole
(2)在一恒容的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______
a.体系压强保持不变
b.密闭容器中CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:2
d.每消耗1 mol CO的同时生成2molH2
②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。

A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大;达到A、C两点的平衡状态所需的时间tA      tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是_____________(答出两点即可)。
(3)工作温度650℃的熔融盐燃料电池,是用煤炭气(CO、H2)作负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为:CO + H2-4e+ 2CO32= 3CO2+H2O;则该电池的正极反应式为____________。

某实验小组用0.50 mol·L-1 NaOH溶液和0.50 mol·L-1硫酸溶液进行中和热的测定。
Ⅰ.配制0.50 mol·L-1 NaOH溶液
(1)若实验中大约要使用245 mL NaOH溶液,至少需要称量NaOH固体      g。 
(2)从下图中选择称量NaOH固体所需要的仪器是(填字母):             。 

名称
托盘天平
(带砝码)
小烧杯
坩埚钳
玻璃棒
药匙
量筒
仪器






序号
a
b
c
d
e
f
Ⅱ.测定稀硫酸和稀氢氧化钠中和热的实验装置如图所示。

(1)写出该反应中和热的热化学方程式:(中和热为57.3 kJ·mol-1                                                             
(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验,实验数据如下表。
温度
实验次数 
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
温度差
平均值
(t2-t1)/℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
29.6
 
2
27.0
27.4
27.2
31.2
 
3
25.9
25.9
25.9
29.8
 
4
26.4
26.2
26.3
30.4
 
 
①上表中的温度差平均值为           
②近似认为0.50 mol·L-1 NaOH溶液和0.50 mol·L-1硫酸溶液的密度都是1 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c="4.18" J·(g·℃)-1。则中和热ΔH=            (取小数点后一位)。 
③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol-1有偏差,产生偏差的原因可能是(填字母)    。 
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度

生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO2、H2等)与H2混合,催化合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质等,是生物质能利用的方法之一.
(1)已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值(lgK)如下表:

反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),该反应的△H________0(选填:“>”、“<”、“=”);在900K时,该反应平衡常数的对数值(lgK)=_____________.
(2)甲醇是一种重要的能源和化工原料,工业上合成甲醇的反应为:CO+2H2?CH3OH.现已知:H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则:CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学反应方程式                        .
(3)在一定温度、压强和催化条件下,工业上用CO和H2反应生成二甲醚,同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为:                        
(4)下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.a电极上发生反应的电极反应式为                                  .

(5)连接下图右装置的电源为(4)问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后,观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色,并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中      电极(填a或b)相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为:                    .

随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
(1)处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。已知:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ·mol­—1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol—1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程为                                  
(2)降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化 转化器,发生如下反应:
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0。        
若在一定温度下,将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中,反应过程中各物质的浓度变化如图所示,该反应的化学平衡常数为K=           

若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,平衡将      移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。
20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如上图所示的变化,则改变的条件可能是             (填序号)。
①加入催化剂  ②降低温度  ③缩小容器体积  ④增加CO2的量
(3)肼(N2H4)用亚硝酸(HNO2)氧化可生成氮的另一种氢化物,该氢化物的相对分子质量为43.0,其中氮原子的质量分数为0.977。写出肼与亚硝酸反应的化学方程式                                        

甲烷是天然气的主要成分,是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质。
(1)一定条件下,用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知:
①CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g); △H1
②CH4(g) + 4NO2(g) =" 4NO(g)" + CO2(g) + 2H2O(g);△H2
现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体,用16g甲烷气体催化还原该混合气体,恰好生成氮气、二氧化碳气体和水蒸气,共放出1042.8kJ热量。
①该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为                    
②已知上述热化学方程式中△H1=—1160kJ/mol,则△H2=          
③在一定条件下NO气体可以分解为NO2气体和N2气体,写出该反应的热化学方程式                           
(2)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛的研究,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:

④B极为电池     极,电极反应式为                                            
⑤若用该燃料电池做电源,用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液,写出阳极的电极反应式                                                  ,当两极收集到的气体体积相等时,理论上消耗的甲烷的体积为        (标况下),实际上消耗的甲烷体积(折算到标况)比理论上大,可能原因为                                                         .

(14分)CO2是一种主要的温室气体,研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)金刚石和石墨燃烧反应中的能量变化如图所示。

①在通常状况下,金刚石和石墨中,      (填“金刚石”或“石墨”)更稳定,石墨的燃烧热为      kJ·mol-1
②石墨与CO2反应生成CO的热化学方程式:                                   
(2)采用电化学法可将CO2转化为甲烷。试写出以氢氧化钾水溶液作电解质时,该转化的电极反应方程式                   
(3)CO2为原料还可合成多种物质。工业上常以CO2(g) 与H2(g)为原料合成乙醇。
①已知:H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.2kJ·mol1
2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H= -256.1kJ·mol1
则:2CO2(g)+6H2(g)  CH3CH2OH(g)+3H2O(l) △H=        
②下图是一种以烟道气为原料合成乙醇的工作原理示意图。

对上述流程的分析,下列说法正确的是        

A.该流程至少包含4种形式的能量转化
B.装置X中阴极反应为:2H2O-4e=4H++O2
C.合成塔中生成乙醇的反应是化合反应
D.流程设计体现了绿色化学思想
③如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。该电池负极的电极反应为                

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