(16分)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。
Ⅰ.脱硝:已知:H2的热值为142.9KJ·g-1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ·mol-1
H2O(g)= H2O(l) △H=-44kJ·mol-1
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为 。
Ⅱ.脱碳:向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(l)+H2O(l)
(1)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 。
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、1mol CO2生成的同时有3mol H-H键断裂
③CO2的浓度随时间(0~t2)变化如下图所示,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~t6 CO2的浓度随时间的变化。
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(2)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℃、2 L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表:
反应时间 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) | |
反应I 恒温恒容 | 0 min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反应II 绝热恒容 | 0 min | 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)= ,在其它条件不变下,若30min时只改变温度为T2℃,此时H2的物质的量为3.2mol,则T1 T2(填“>”、“<”或“=”)。
若30min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡 移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。
(14分)过渡金属的单质及化合物很多有催化性能,氯化铜、氯化亚铜经常用作有机合成催化剂。实验室中用氯气与粗铜(杂质只有Fe)反应,制备铜的氯化物的流程如下。
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查阅资料:
氯化亚铜:白色微溶于水,在干燥空气中稳定,受潮则易变蓝到棕色,在热水中迅速水解生成氧化铜水合物而呈红色。
氯化铜:从水溶液中结晶时,在26~42℃得到二水物,在15℃以下得到四水物,在15~25.7℃得到三水物,在42℃以上得到一水物,在100℃得到无水物。
(1)现用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应(铁架台、铁夹省略)。
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①按气流方向连接各仪器接口顺序是:a→ 、 → h 、i → 、 → 。
②本套装置有两个仪器需要加热,加热的顺序为先 后 ,这样做的目的是 。
(2)分析流程:
①固体甲需要加稀盐酸溶解,其理由是 ;
②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去杂质,X可选用下列试剂中的(填序号) 。
a.NaOH b. NH3·H2O c.CuO d.CuSO4
③完成溶液乙到纯净CuCl2·2H2O晶体的系列操作步骤为:加少量盐酸、蒸发浓缩、 、 、洗涤、干燥。
(3)向溶液乙中加入适当的还原剂(如SO2、N2H4、SnCl2等),并微热得到CuCl沉淀,写出向乙溶液加入N2H4(氧化产物为无毒气体)的离子方程式: 。此反应只能微热的原因是 。
(4)若开始取100g 含铜96%的粗铜与足量Cl2反应,经上述流程只制备CuCl2·2H2O,最终得到干燥产品277g,求制备CuCl2·2H2O的产率 ;(精确到1%)分析出现此情况的主要原因 。