题目内容
【题目】某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究.
(1)提出假设 ①该反应的气体产物是CO2 .
②该反应的气体产物是CO.
③该反应的气体产物是 .
(2)设计方案 如图所示,将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应,测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比.
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氮气不与碳、氧化铁发生反应.实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气.请写出该反应的离子方程式: .
(3)实验步骤 ①按如图连接装置,并检查装置的气密性,称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀,放入10.38g的硬质玻璃管中;
②加热前,先通一段时间纯净干燥的氮气;
③停止通入N2后,夹紧弹簧夹,加热一段时间,澄清石灰水(足量)变浑浊;
④待反应结束,再缓缓通入一段时间的氮气.冷却至室温,称得硬质玻璃管和固体总质量为53.02g;
⑤过滤出石灰水中的沉淀,洗涤、烘干后称得质量为1g.步骤②、④中都分别通入N2 , 其作用分别为 .
(4)数据处理 试根据实验数据分析,写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式: .
(5)实验优化 学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善.
①甲同学认为:应将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液,其理由是 .
②从环境保护的角度,请你再提出一个优化方案: .
【答案】
(1)CO2和CO的混合物
(2)NH4++NO2﹣ N2↑+2H2O
(3)步骤②中是为了排尽空气,步骤④是为了赶出所有的二氧化碳,确保被完全吸收
(4)5C+2Fe2O3 4Fe+4CO+CO2↑
(5)氢氧化钡的溶解度大,浓度大,使二氧化碳被吸收的更完全,碳酸钡的相对原子质量大于碳酸钙的,称量时相对误差小;在尾气口处加一点燃的酒精灯
【解析】解:(1)过量炭粉与氧化铁反应的气体产物可能有:①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物,故答案为:CO2、CO的混合物;(2)氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气,反应物有NH4Cl和NaNO2,生成物为N2,根据质量守恒还应用水,则反应的化学方程式为
NH4++NO2﹣ N2↑+2H2O,故答案为:NH4++NO2﹣
N2↑+2H2O;(3)如果不排尽空气,那么空气中的氧气会与炭粉反应影响反应后生成气体的组成,所以利用稳定的氮气排空气,最后确保完全吸收,反应后还要赶出所有的CO2,
故答案为:步骤②中是为了排尽空气;步骤④是为了赶出所有的CO2,确保完全吸收;(4)3.20g氧化铁的物质的量为= =0.02mol,澄清石灰水变浑浊,说明有CO2气体生成,
则n(CO2)=n(CaCO3)= =0.02mol,m(CO2)=0.02mol×44g/mol=0.88g,
反应后硬质玻璃管和固体总质量变化为1.44g大于0.88g,则生成其气体为CO2、CO的混合物,混合气体中含有CO0.08mol,所以CO、CO2的混合气体物质的量比为4:1,所以方程式为5C+2Fe2O3 4Fe+4CO+CO2↑,
故答案为:5C+2Fe2O3 4Fe+4CO+CO2↑;(5)①将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液,这样会使二氧化碳被吸收的更完全,称量时相对误差小,
故答案为:氢氧化钡的溶解度大,浓度大,使二氧化碳被吸收的更完全,碳酸钡的相对原子质量大于碳酸钙的,称量时相对误差小;②一氧化碳是一种有毒气体,可以通过点燃来进行尾气处理,故答案为:在尾气口处加一点燃的酒精灯.
(1)根据假设①②可以得出假设③的内容;(2)氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应可以制得氮气;(3)⑤根据前后两次通入氮气的时间和减小实验误差角度来分析;(4)根据质量守恒判断气体的组成,根据质量关系计算气体的物质的量之间的关系,进而书写化学方程式;(5)①根据氢氧化钙和氢氧化钡的本质区别来思考;②一氧化碳是一种有毒气体,可以通过点燃来进行尾气处理.
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【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体,严重污染空气.对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用.
(1)Ⅰ.脱硝: 已知:H2的燃烧热为285.8kJmol﹣1
N2(g)+2O2(g)═2NO2(g)△H=+133kJmol﹣1
H2O(g)═H2O(l)△H=﹣44kJmol﹣1
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为: .
(2)Ⅱ.脱碳: 向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2 , 在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)
①该反应自发进行的条件是(填“低温”、“高温”或“任意温度”)
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是 . (填字母)
a.混合气体的平均式量保持不变 b.CO2和H2的体积分数保持不变
c.CO2和H2的转化率相等 d.混合气体的密度保持不变
e.1molCO2生成的同时有3mol H﹣H键断裂
③CO2的浓度随时间(0~t2)变化如图1所示,在t2时将容器容积缩小一倍,t3时达到平衡,t4时降低温度,t5时达到平衡,请画出t2~t6CO2浓度随时间的变化.
(3)改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H<0中的所有物质都为气态.起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器).反应过程中部分数据见表:
反应时间 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) | |
反应Ⅰ:恒温恒容 | 0min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反应Ⅱ:绝热恒容 | 0min | 0 | 0 | 2 | 2 |
①达到平衡时,反应Ⅰ、Ⅱ对比:平衡常数K(I)K(II)(填“>”“<”或“=”下同);平衡时CH3OH的浓度c(I)c(II).
②对反应Ⅰ,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)= . 在其他条件不变的情况下,若30min时只改变温度T2℃,此时H2的物质的量为3.2mol,则T1T2(填“>”、“<”或“=”).若30min时只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),则平衡移动(填“正向”“逆向”或“不”).
(4)利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸,反应原理为2CO2+2H2O═2HCOOH+O2 , 装置如图所示: ①电极2的电极反应式是;
②在标准状况下,当电极2室有11.2L CO2反应. 理论上电极1室液体质量(填“增加”或“减少”g.