题目内容

【题目】“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物(如:CO2、CO、CH4、CH3OH等)为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。

(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:

反应I:2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s)△H1

反应II:NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ/mol

总反应:2NH3(g)+CO2(g)==CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3=-86.98kJ/mol

请回答下列问题:

①反应I的△H1=______ kJ/mol

②反应II一般在_________(填“高温”或“低温”)情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下,在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__________(填序号)。

A.混合气体的平均相对分子质量不再变化 B.容器内气体总压强不再变化

C.2V正(NH3)=V逆(CO2) D.容器内混合气体的密度不再变化

④环境为真空时,在一敞开容器(非密闭容器)中加入NH2COONH4固体,足够长时间后,反应是否建立平衡状态? ___________(填“是”或“否”)

(2)将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如下图。

①曲线I.II对应的平衡常数大小关系为KI_______KII(填“ >”、“<”或“=”)。

②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。

容器

甲

乙

反应物投入量

1molCO2、3molH2

amolCO2、bmolH2

cmol CH3OH(g)、cmolH2O(g)(a、b、c均不为零)

若甲容器平衡后气体的压强为开始的0.8倍,则甲容器平衡混合气体中CH3OH(g)的体积分数为_______,要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,乙容器中c的取值范围为________。

(3)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如下图,乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________________。

【答案】 -159.47 高温 BD 否 > 12.5% 0.4<c<1 300~400℃

【解析】(1)①反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=a kJmol-1,反应Ⅱ:NH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1,总反应Ⅲ:2NH3(g)+CO2(g) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-86.98kJmol-1,由盖斯定律总反应Ⅲ-反应Ⅱ,得到2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=a=-159.47kJmol-1,故答案为:-159.47;

②反应Ⅱ:NH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1,反应前后气体体积增大,△S>0,焓变分析可知是吸热反应,△H>0,所以依据反应自发进行的判断依据△H-T△S<0,需要在高温下反应自发进行,故答案为:高温;

③A.反应I中反应物为气体,生成全部为固体,所以在反应前后,混合气体的平均相对分子质量保持不变,所以不能作为平衡状态的判断标志,故A错误;B.反应I中,气体的物质的量减小,所以反应的压强减小,所以容器内气体总压强不再变化时,说明反应处于平衡状态,故B正确;C.反应处于平衡状态时v正(NH3)=2v逆(CO2),故C错误;D.反应I中,容器体积不变,气体质量减小,所以当容器内混合气体的密度不再变化时,说明反应处于平衡状态,故D正确;故选BD;

④环境为真空时,在一敞开容器(非密闭容器)中加入NH2COONH4固体,发生NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g),水蒸气进入环境中,浓度近似为0,无论经过多长时间,反应都不会建立平衡状态,故答案为:否;

(2)①II平衡时间小于I,说明II反应速率大于I,且平衡时II中CH3OH的物质的量小于I,说明平衡向逆反应方向移动,则只能是升高温度,即II的温度大于I,温度越高,平衡向逆反应方向移动,导致化学平衡常数越小,所以KⅠ>KⅡ,,故答案为:>;

②设二氧化碳反应量为x

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol): 1 3 0 0

转化量(mol): x 3x x x

平衡量(mol):1-x 3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,即=0.8 ,解得x=0.4mol,甲容器平衡混合气体中CH3OH(g)的体积分数=物质的量分数=×100%=12.5%;依题意:甲、乙为等同平衡,且起始时维持反应逆向进行,所以全部由生成物投料,c的物质的量为1mol,c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol,所以c的物质的量为:0.4<c<1mol,故答案为:12.5%;0.4<c<1;

(3)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,在300℃时失去活性,故以后乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的,故乙酸主要取决于温度影响的范围为300℃~400℃,故答案为:300℃~400℃。

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(1)小组成员甲同学依据漂白液具有漂白消毒的性质推测,漂白液中ClO﹣具有氧化性.进行如下实验: Ⅰ.取10mL漂白液,依次加入Na2SO3溶液和BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成,经检验白色沉淀不溶于盐酸.
Ⅱ.另取10mL漂白液,加入品红溶液,发现溶液红色逐渐变浅,一段时间后褪为无色.
Ⅲ.再取10mL漂白液,加入品红溶液,加入少量稀硫酸酸化后,观察溶液红色立即变为无色.
①由实验Ⅰ得出ClO﹣具有氧化性,写出相关反应的离子方程式 .
②对比实验Ⅱ和Ⅲ说明ClO﹣氧化性与溶液酸碱性的关系是 .
(2)小组成员乙同学依据(1)中的实验提出:漂白液在酸性溶液中有Cl2生成,为此进行如下实验: 首先,他利用pH计分别测得漂白液pH>7,饱和KAl(SO4)2溶液pH<7.然后用下图1所示的装置继续实验,探究漂白液在酸性溶液中是否能反应生成Cl2 .

①在测定漂白液pH的实验中,乙同学没有选择pH试纸的理由可能是;
②若打开分液漏斗活塞向烧瓶中加入硫酸,不久烧瓶中有黄绿色气体产生.A中反应的离子方程式 .
③若打开分液漏斗活塞向烧瓶中加入饱和KAl(SO4)2溶液,预计只有观察到以下现象 , 才能说明漂白液与酸性溶液混合会产生Cl2 .
(3)为了进一步了解漂白液生产和保存的实际意义,小组其他成员还研究漂白液的稳定性,他们查阅资料,下图是30℃时,pH=11的漂白液中NaClO的质量百分含量随时间变化图2:
①分析分解速率v(Ⅰ)与v(Ⅱ)的大小关系,原因是
②4d~8d,Ⅰ中v(NaClO)=mol/(Ld)(常温下漂白液的密度约为1g/cm3 , 且溶液体积变化忽略不计,结果保留2位有效数字.)

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