题目内容
(14分)为有效控制雾霾,各地积极采取措施改善大气质量,研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
(1)汽车内燃机工作时会引起N2和O2的反应:N2 + O22NO,是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T1、T2温度下,一定量的NO发生分解反应时N2的体积分数随时间变化如右图所示,根据图像判断反应N2(g) + O2(g)2NO(g)的△H________0(填“>”或“<”)。
②在T3温度下,向2L密闭容器中充入10molN2与5mo1O2,50秒后达到平衡,测得NO的物质的量为2mol,则该反应的速率υ(N2)=___________________。该温度下,若开始时向上述容器中充入N2与O2均为1 mol,则达到平衡后N2的转化率为____________。
(2)利用右图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,用阴极排出的溶液可吸收NO2。
①阳极的电极反应式为_____________________。
②在碱性条件下,用阴极排出的溶液吸收NO2,使其转化为无害气体,同时有SO32-生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(3)一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染。常温下,将a mol/L的醋酸与b mol/L
Ba(OH)2溶液等体积混合,充分反应后,溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-),则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=______________________(用含a和b的代数式表示)。
(4)引起雾霾的PM2.5微细粒子包含(NH4)2SO4、NH4NO3、有机颗粒物及扬尘等,任写一种与SO42-互为等电子体的分子 。
(1)① > ②0.01 mol·L-1·s-1;14.3% (2)①SO2 + 2H2O-2e-="=" SO42-+ 4H+ ②1:2
(3) ×10-7 mol·L-1(不写单位也给分) (4)CCl4或 CF4等
解析试题分析:(1)①温度为T2时首先达到平衡状态,说明温度是T1<T2,但温度高氮气的体积分数降低,这说明升高温度平衡向正反应方向进行,因此正方应是吸热反应,即△H>0。
②50秒后达到平衡,测得NO的物质的量为2mol,则根据反应的化学方程式可知消耗氮气的物质的量是1mol,其浓度是0.5mol/L,所以该反应的速率υ(N2)=0.5mol/L÷50s=0.01 mol·L-1·s-1;平衡时氮气和氧气的浓度分别是5mol/L-0.5mol/L=4.5mol/L、2.5mol/L-0.5mol/L=2mol/L,NO的浓度是1mol/L,所以该温度下平衡常数K=,如果该温度下,若开始时向上述容器中充入N2与O2均为1 mol,则N2(g) + O2(g)2NO(g)
起始浓度(mol/L)0.5 0.5 0
转化浓度(mol/L) x x 2x
平衡浓度(mol/L)0.5-x 0.5-x 2x
则 =
解得x=
因此达到平衡后N2的转化率为 ×100%=14.35
(2)①电解池中阳极极失去电子,发生氧化反应,所以SO2在阳极通入,被氧化生成硫酸,电极反应式是SO2+2H2O-2e-=4H++SO42-。
②阴极排除的是S2O42-在与NO2的反应中S元素化合价从+3价升高到+4价,失去1个电子,则1molS2O42-失去2mol电子。NO2转化为无毒的气体应该是氮气,反应中氮元素化合价从+4价降低到0价,得到4个电子,因此根据电子得失守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2。
(3)根据电荷守恒可知2c(Ba2+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),因此根据2c(Ba2+)=c(CH3COO-)可知,溶液中c(H+)=c(OH-)。根据原子守恒可知2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=bmol/L,因此溶液中醋酸分子的浓度是0.5amol/L-bmol/L,则醋酸溶液的电离常数Ka= =×10-7 mol·L-1。
(4)价电子数和原子数分别都相等的是等电子体,硫酸根中含有5个原子,32个价电子,因此与SO42-互为等电子体的分子有CCl4或CF4等。
考点:考查外界条件对平衡状态的影响、可逆反应计算、氧化还原反应应用、电化学原理、电离常数计算以及等电子体等
甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油。工业上合成甲醇的方法很多。
(1)一定条件下发生反应:
①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H1
②2CO(g)+O2(g) =2CO2(g) △H2
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3
则CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) △H= 。
(2)在容积为2L的密闭容器中进行反应: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ,其他条件不变,在300℃和500℃时,物质的量n(CH3OH)与反应时间t的变化曲线如图所示。该反应的△H 0(填>、<或=)。
(3)若要提高甲醇的产率,可采取的措施有____________(填字母)。
A.缩小容器体积 |
B.降低温度 |
C.升高温度 |
D.使用合适的催化剂 |
(4)CH4和H2O在催化剂表面发生反应CH4+H2OCO+3H2,T℃时,向1 L密闭容器中投入1 mol CH4和1 mol H2O(g),5小时后测得反应体系达到平衡状态,此时CH4的转化率为50% ,计算该温度下的平衡常数 (结果保留小数点后两位数字)。
(5)以甲醇为燃料的新型电池,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,如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:
①B极的电极反应式为 。
②若用该燃料电池做电源,用石墨做电极电解硫酸铜溶液,当电路中转移1mole-时,实际上消耗的甲醇的质量比理论上大,可能原因是 。
(6)25℃时,草酸钙的Ksp=4.0×10-8,碳酸钙的Ksp=2.5×10-9。向20ml碳酸钙的饱和溶液中逐滴加入8.0×10-4 mol·L-1的草酸钾溶液20ml,能否产生沉淀 (填“能”或“否”)。
某课外兴趣小组对H2O2的分解速率做了如下实验探究。
⑴ 下表是该小组研究影响过氧化氢(H2O2)分解速率的因素时采集的一组数据:
用10mL H2O2制取150mLO2所需的时间(秒)
① 该小组在设计方案时,考虑了浓度、a: 、b: 等因素对过氧化氢分解速率的影响。
② 从上述影响H2O2分解速率的因素a和b中任选一个,说明该因素对该反应速率的影响:
。
⑵ 将质量相同但聚集状态不同的MnO2分别加入到5mL 5%的双氧水中,并用带火星的木
条测试。测定结果如下:
催化剂(MnO2) | 操作情况 | 观察结果 | 反应完成所需的时间 |
粉末状 | 混合不振荡 | 剧烈反应,带火星的木条复燃 | 3.5分钟 |
块状 | 反应较慢,火星红亮但木条未复燃 | 30分钟 |
① 写出H2O2发生的化学反应方程式 _______________ ______。
② 实验结果说明催化剂作用的大小与________ _________有关。
碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。
(1)真空碳热还原—氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)=6AlCl(g)+6CO(g) △H=a kJ·mol-1
3AlCl(g) =2Al(l)+AlCl3(g) △H=b kJ·mol-1
反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H= kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示);
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H="Q" kJ·mol-1在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间(mol/L) 浓度(mol/L) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
NO | 1.00 | 0.68 | 0.50 | 0.50 | 0.60 | 0.60 |
N2 | 0 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
CO2 | 0 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是 (填字母编号)。
a.通入一定量的NO b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂 d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q 0(填“>”或“<”)。
④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是 (填选项编号)。
a.单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g)
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变
d.反应体系的压强不再发生改变
(3)铝电池性能优越,Al—Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示:
请写出该电池正极反应式 ;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH= (不考虑溶液体积的变化)。
甲醇被称为2l世纪的新型燃料,工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……Ⅰ CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ……Ⅱ。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容积为100L反应室,在一定条件下发生反应I,CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为 。
②图中的P1 P2(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数的值为 。
(2)在压强为0.1 MPa条件下, 将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下,自发反应Ⅱ,生成甲醇。
③该反应的△H 0;若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是 。
A.升高温度 | B.将CH3OH(g)从体系中分离 |
C.充入He,使体系总压强增大 | D.再充入1mol CO和3mol H2 |
实验编号 | T(℃) | n(CO)/n(H2) | P(Mpa) |
i | 150 | 1/3 | 0.1 |
ii | | | 5 |
iii | 350 | | 5 |
a.请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
b.根据反应Ⅱ的特点,在给出的坐标图中,补画出在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图,并标明压强。
硫代硫酸钠(Na2S2O3)俗称大苏打,照相业中用作定影剂。Na2S2O3易溶于水,在酸性溶液中与酸反应有单质硫和SO2生成。
(1)Na2S2O3溶液与稀硫酸混合反应可用于探究外界条件对反应速率的影响,完成有关的实验设计表(已知各溶液体积均为5 mL):
实验编号 | T/K | c(Na2S2O3)/ mol·L-1 | c(H2SO4)/ mol·L-1 | 实验目的 |
① | 298 | 0.1 | 0.1 | 实验①和②探究温度对该反应速率的影响; 实验①和③探究反应物浓度对该反应速率的影响 |
② | 308 | | | |
③ | | 0.2 | |
________ (提示:S元素被氧化为SO42-)。
(3)现有一瓶Na2S2O3固体,可能含有Na2SO4固体,请设计实验验证,写出实验步骤、预期现象和结论。限选试剂:1 mol·L-1 H2SO4、1 mol·L-1 HNO3、1 mol·L-1 HCl、1 mol·L-1 NaOH、0.1 mol·L-1 Ba(NO3)2、0.1 mol·L-1 BaCl2、0.01 mol·L-1 KMnO4、蒸馏水。
实验步骤 | 预期现象和结论 |
步骤1:取少量固体于试管A中,加蒸馏水溶解。 | |
步骤2:向试管A加入 | |
步骤3:取步骤2的少量上层清液于试管B中, | |