题目内容
(16分)尿素可作为H2O2的稳定载体,生产一种固态、耐储存、易运输的新型氧化剂和消毒剂—过氧化尿素[CO(NH2)2·H2O2],其合成工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)操作I、II的名称分别是______、_______。CO(NH2)2·H2O2分子中尿素和过氧化氢之间以________结合,其结合力较弱,具有尿素和过氧化氢双重性质。
(2)工业上生产尿素所需的原料气可由天然气与水反应制备,已知:
①甲烷、氢气的燃烧热分别为890.3KJ/mol、285.8kJ/mol
②
写出CH4与水蒸气作用生产CO2和H2的热化学方程式:_______________。
(3)合成过氧化氢尿素加入的稳定剂可以是水杨酸、酒石酸等。酒石酸分子式为C4H6O6,其核磁共振氢谱只有3种锋,只含羧基和羟基两种官能团,则酒石酸的结构简式为_____。
(4)为测定产品中H2O2的含量,称取干燥样品12.0g配成250mL溶液,取25.00mL
于锥形瓶中,加入适量硫酸酸化,用0.20mol/LKMnO4标准溶液滴定,三次滴定平均消耗KMnO4溶液20.00mL.(KMO4溶液与尿素不反应).
①完成并配平方程式:MnO4-+ H2O2+ _________=Mn2++ O2↑+___;
②计算出产品中H2O2的质量分数为_______。
(5)电解尿素的废水既可以处理废水,又可制得纯氢,电解原理如图所示。电解池中隔膜仅阻止气体通过,B两极均为惰性电极。B极连接电源的____极(填
“正”或“负”),阳极电极反应方程为_____________。
(16分)
(1)低温蒸发、过滤(2分) 氢键(1分)
(2)CH4(g)+2H2O(g)==CO2(g)+4H2(g) DH=+164.9 kJ/mol(3分)
(3)(2分)
(4)①2MnO +5H2O2+6H+==2Mn2++5O2↑+8H2O(2分) ②28.3 %(2分)
(5)负(2分) CO(NH2)2-6e-+8OH- == N2↑+CO +6H2O(2分)
解析试题分析:(1)因为过氧化尿素具有尿素和过氧化氢双重性质,受热易分解,所以应使溶液在较低温度下蒸发,因此操作I、II的名称分别是低温蒸发、过滤;CO(NH2)2·H2O2分子中尿素和过氧化氢都已经达到稳定结构,二者之间的结合力较弱,应该为氢键。
(2)首先写出CH4与H2O反应的化学方程式并注明状态,然后根据盖斯定律求焓变,?H=—890.3kJ?mol?1+4×285.8kJ?mol?1—2×44kJ?mol?1 =+164.9 kJ?mol?1,可得热化学方程式。
(3)酒石酸只含羧基和羟基两种官能团,根据不饱和度,应含有2个羧基和2个羟基,核磁共振氢谱只有3种锋,说明H原子位置只有3种,为对称结构,所以结构简式为
(4)①根据氧化还原反应中,化合价升高的价数和降低相等,MnO4?中Mn元素降低5价,H2O2中O元素升高1价,所以MnO4?和Mn2+的系数为2,H2O2和O2的系数为5,然后利用观察法配平化学方程式。
②根据反应时KMnO4与H2O2的物质的量之比为2:5,可得产品中H2O2的质量分数=0.2mol/L×0.02L×5/2×10×34g/mol÷12g×100% =28.3%
(5)根据图示,B极发生H+得电子生成H2,所以B为阴极,连接电源的负极;阳极CO(NH2)2失去电子转化为N2,因为电解液含KOH,所以电极方程式为:CO(NH2)2-6e-+8OH- == N2↑+CO+6H2O
考点:本题考查基本操作、热化学方程式和电极方程式的书写、结构的判断、化学方程式的配平和计算。
二甲醚是—种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。
请回答下列问题:
(1)煤的气化的主要化学反应方程式为_______________________________________。
(2)煤的气化过程中产生的有害气体用溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的
化学方程式为__________________________________________________________。
(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);△H=-90.8kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);△H=-23.5kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g);△H=-41.3kJ·mol-1
总反应:3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H= ;
一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是
________________(填字母代号)。
a.高温b.加入催化剂c.减少CO2的浓度d.增加CO的浓度e.分离出二甲醚
(4)已知反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400。
此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质 | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
浓度/(mol?L) | 0.44 | 0.6 | 0.6 |
②若加入CH3OH后,经l0min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=__________;该时
间内反应速率v(CH3OH)=__________________。
(15分)火力发电厂释放出大量氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g) + 4NO2(g) =4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H1=-574 kJ·mol-1
CH4(g) + 4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H2=-1160 kJ·mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(2)脱碳。将CO2转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H3
①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答:0~10 min内,氢气的平均反应速率为 mol/(L·min);第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡 (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3 0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)脱硫。利用Na2SO3溶液可脱除烟气中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得。NaOH溶液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32-)︰n(HSO3﹣)变化关系如下表:
n(SO32﹣)︰n(HSO3﹣) | 91︰9 | 1︰1 | 9︰91 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
② 当溶液呈中性时,离子浓度关系正确的是(选填字母): 。
a.c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)
b.c(Na+) > c(HSO3-) > c(SO32-) > c(H+) = c(OH-)
c.c(Na+) + c(H+) = c(SO32-) + c(HSO3-) + c(OH-)
(14分)从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应:。
(1)为了加快正反应速率,可以采取的措施有________(填序号,下同)。
A.使用催化剂 | B.提高氧气的浓度 |
C.提高反应的温度 | D.降低反应的温度 |
(3)从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。已知:化学键的键能:
化学键 | H—H | O=O | H—O |
键能 | 436 | 496 | 463 |
(4)已知1克氢气完全燃烧生成液态水放出QKJ的热量,则氢气燃烧生成液态水的热化学反应方程式为
(5)氢氧燃料电池的总反应方程式为。其中,氢气在________(填“正”或“负”)极发生________反应(填“氧化”或“还原”)。电路中每转移0.2mol电子,标准状况下消耗H2的体积是________L。