摘要:1.下列分子的电子式写正确的是 H A. 氨气H N H B. 四氯化碳 C. 氮气:N D. 二氧化碳

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实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择.化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求.如图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

(1)该产业链中属于高中阶段常见的在低温下能自发进行的反应是:
N2+3H2?2NH3或NH3+HNO3═NH4NO3
N2+3H2?2NH3或NH3+HNO3═NH4NO3

(2)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:
K=
c(H2)c(CO)
c(H2O)
它所对应的化学反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

(3)已知在一定温度下,
C(s)+CO2(g)?2CO(g)平衡常数K1
CO(g)+H2O(g )?H2(g)+CO2(g)平衡常数K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)  平衡常数K3
则K1、K2、K3之间的关系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

(4)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是
放热
放热
反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:
75%
75%

(5)从图1看出氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的结构式分别是.实验测得N-N键键能为167kJ?mol-1,NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1,N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1.请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
.对反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
D
D

A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(6)0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的上述产业链中一产品化肥硝酸铵溶液等体积混合后,溶液中所有分子和离子( 除水和氨分子外)等微粒从大到小的顺序是
c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(NH3?H2O)>c(OH-)>c(H+
c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(NH3?H2O)>c(OH-)>c(H+

(7)以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O
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如图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
(1)该产业链中合成氨的反应在较低温下能否自发进行?
可以
可以

(2)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=
C(H2)C(CO)
C(H2O)
,它所对应的化学反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);

(3)已知在一定温度下,各反应的平衡常数如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1
CO(g)+H2O(g?H2(g)+CO2(g),K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3
则K1、K2、K3之间的关系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

(4)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下:
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是
放热
放热
反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:
75%
75%

(5)从图中看出氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的结构式分别是.已知N-N键键能为167kJ?mol-1,NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1,N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1.请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式为
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
.对反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
D
D

A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(6)以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
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氨是最重要的氮肥,是产量最大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法,是德国人哈伯在1905年发明的,其合成原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g);ΔH<0,他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。工业上合成氨的部分工艺流程如下:

反应体系中各组分的部分性质见下表:

气体

氮气

氢气

熔点/℃

-210.01

-252.77

-77.74

沸点/℃

-195.79

-259.23

-33.42

(1)合成氨反应的平衡常数很小,所以在工业上采取气体循环的流程,即反应后通过把混合气体的温度降低到____________,使混合气体分离出产品,N2、H2继续循环。写出该反应的化学平衡常数表达式:K=____________。

(2)运用化学反应速率和化学平衡的观点说明工业上采用“使混合气体分离出产品,N2、H2继续循环”的生产措施的理由:___________________________________________________。

(3)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_____________________________。

(4)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),在673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图甲所示。下列叙述正确的是____________。

A.点a的正反应速率比点b的大

B.点c处反应达到平衡

C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样

D.其他条件不变,773 K下反应至t1时刻,n(H2)比图中d点的值大

(5)1998年希腊亚里斯多德大学的Marncellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+),实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨,其实验装置如下图乙。阴极的电极反应式为__________________________________________________________________。

         

                  甲                                                 乙

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氮是地球上含量丰富的一种元素,氨和肼(N2H4)是氮的两种常见化合物,在科学技术和生产中有重要的应用。

Ⅰ.(1)N2H4中的N原子最外层达到8电子稳定结构,写出N2H4的结构式_____________。

(2)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为                

(3)肼是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如右图所示,写出肼燃烧的热化学方程式                                    

Ⅱ.氨的合成是最重要的化工生产之一。已知:

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ·mol1

在3个体积均为2L的密闭容器中,在相同的温度下,使用相同的催化剂合成氨,实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示:    

试回答:

(1)下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是______________(填写序号字母)。

a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1︰3︰2

b.v(N2=3v(H2

c.容器内压强保持不变

d.混合气体的密度保持不变

(2)分析上表数据,下列关系正确的是_________(填写序号字母)。

A.2c1>1.5mol·L-1    B.w3=w1    C.2ρ12        D.K= K= K

(3)容器乙中反应从开始到达平衡平均速率为v(H2)= _____________。

  III.直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH3+3O2=2N2+6H2O,电解质溶液一般使用KOH溶液,则负极电极反应式是__________        

 

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(14分)近年来,随着我国经济的快速发展,对电力的需求越来越高,这也促进了我国电力工业高速发展,但我国电力结构中,火电比重非常大,占发电装机总容量的75%以上,且火电比重还在逐年上升。火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染。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);ΔH1=-574kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);ΔH2=-1160kJ·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转化为甲醇的热化学方程式为:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);ΔH3

①取五份等体积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的关系曲线如右图所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的ΔH3    0(填“>”、“<”或“=”)。

②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是     (填字母代号)。

A.第10min后,向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2,则再次达到平衡时c(CH3OH)=1.5mol·L-1

B.0~10min内,氢气的平均反应速率为0.075mol/(L·min)

C.达到平衡时,氢气的转化率为0.75

D.升高温度将使n(CH3OH)/n(CO2)减小

③甲醇碱性燃料电池工作时负极的电极反应式可表示为                  

(3)脱硫。某种脱硫工艺中将废气经处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。设烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1∶1,则该反应的化学方程式为:                                       

(4)硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH<7,其中原因可用一个离子方程式表示为:                                 ;在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液,使溶液的pH=7,则溶液中:c(Na)+c(H)  c(NO)+c(OH)(填写“>”“=”或“<”)。

 

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