(14分)煤是一种重要的化工原料,人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
(1)已知:
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①C(s) + H2O(g) === CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1
②CO2(g) + H2(g) === CO(g) + H2O(g) ΔH=+41.3 kJ·mol-1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为 。
该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下有利于正向自发进行。
(2)有人利用炭还原法处理氮氧化物,发生反应C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g)。向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在T1℃时,不同时间测得各物质的浓度如下表所示:
时间(min) 浓度(mol·L-1 ) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
NO | 1.00 | 0.68 | 0.50 | 0.50 | 0.60 | 0.60 |
N2 | 0 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
CO2 | 0 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
①10~20min内,N2的平均反应速率v(N2)= 。
②30 min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是 (填字母序号)。
A.通入一定量的NO B.加入一定量的活性炭
C.加入合适的催化剂 D.适当缩小容器的体积
(3)研究表明:反应CO(g)+H2O(g)
H2(g)+CO2(g)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 |
若反应在500℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.020 mol·L-1,在该条件下达到平衡时,CO的转化率为 。
(4)用CO做燃料电池电解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意图如图1所示,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极。工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同。
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①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为________________。
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示,则图中③线表示的是________(填离子符号)的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要________ mL 5.0 mol·L-1 NaOH溶液。
(15分)三氯化磷(PCl3)是合成药物的重要化工原料,可通过白磷和氯气化合得到。
已知:白磷与少量Cl2反应生成PCl3,与过量Cl2反应生成PCl5;PCl3遇O2会生成POCl3(三氯氧磷);POCl3能溶于PCl3;POCl3和PCl3遇水会强烈水解。实验室制取PCl3的装置示意图和有关数据如下:
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物质 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 密度/g·cm-3 |
白磷 | 44.1 | 280.5 | 1.82 |
PCl3 | -112 | 75.5 | 1.574 |
POCl3 | 2 | 105.3 | 1.675 |
请回答:
(1)实验所需氯气可用MnO2和浓HCl反应制取,实验过程中所用的玻璃仪器除酒精灯和玻璃导气管外,还需要的玻璃仪器有 。制取的氯气需要进行干燥,请设计实验证明通入的氯气是干燥
的 (写出操作、现象、结论)。
(2)实验过程中要加入白磷、通入CO2、通入Cl2、加热,实验时具体的操作方法和顺序是 。
(3)E烧杯中加入冷水的目的是 ,干燥管中碱石灰的作用是 。
(4)实验制得的粗产品中常含有POCl3、PCl5等,先加入过量白磷加热,除去PCl5和过量白磷后,再除去PCl3中的POCl3制备纯净的PCl3可选用的方法有 (填字母序号)。
A.萃取 B.过滤 C.蒸馏 D.蒸发结晶
(5)①PCl3遇水会强烈水解生成H3PO3和HCl,则PCl3和水反应后所得溶液中除OH-之外其它离子的浓度由大到小的顺序是 (已知亚磷酸(H3PO3)是二元弱酸)。
②若将0.01 mol POCl3投入热水配成1 L的溶液,再逐滴加入AgNO3溶液,则先产生的沉淀是 [已知Ksp(Ag3PO4)=1.4×10-16,Ksp(AgCl)=1.8×10-10]。
[选修2—化学与技术](15分)金属钒被誉为“合金的维生素”,钒及其化合物在工业生产中有着广泛的应用。从废钒催化剂(主要成分有V2O5,VOSO4,K2SO4,SiO2等)中回收V2O5的生产流程图如下:
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请回答:
(1)进行步骤①前,将废钒催化剂粉碎的目的是 。写出步骤①中发生氧化还原反应的离子方程式 。
(2)实验室中进行萃取分液操作时,用到的玻璃仪器有 。②③变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂)R2(SO4)n(水层)+2n HA(有机层)
2RAn(有机层) + n H2SO4(水层),为提高②中萃取百分率,应采取的措施是____ ;
(3)25°C时,取样进行试验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表:
pH | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 2.0 | 2.1 |
钒沉淀率% | 88.1 | 94.8 | 96.5 | 98.0 | 98.8 | 98.8 | 96.4 | 93.1 | 89.3 |
通过上表数据分析,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为______;
(4)在焙烧NH4VO3的过程中,固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如下图所示,则NH4VO3在分解过程中 。
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A.先分解失去H2O,再分解失去NH3
B.先分解失去NH3,再分解失去H2O
C.同时分解失去H2O和NH3
D.同时分解失去H2、N2和H2O
(5)全钒液储能电池的电解质溶液为VOSO4溶液,电池的工作原理为VO2++V2++2H+
VO2++H2O+V3+,电池放电时正极的电极反应式为 。