【题目】硼(B)可形成H3BO3、NaBH4、NaBO2等化合物,用途广泛。
(1)H3BO3为一元弱酸,常温下,在水中存在如下电离平衡:
H3BO3 + H2O
[B(OH)4]-+H+,Ka=5.72×10-10。
① 25℃时,0.175 mol/L的H3BO3溶液pH约为_________(取整数)。
② 已知碳酸H2CO3的电离平衡常数为Ka1 = 4.4×10-7,Ka2 = 5.6×10-11。将少量碳酸钠溶液滴加到饱和硼酸溶液中,反应的离子方程式为_________。
(2)在容积恒定为2 L的密闭容器中加入足量BPO4和Na固体并充入一定量的H2(g)发生储氢反应:BPO4(s)+4Na(s)+2H2(g)
Na3PO4(s)+NaBH4(s) △H<0
① 体系中H2的物质的量与反应时间的关系如表所示:
t /min | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
n(H2)/mol | 2.0 | 1.5 | 1.2 | 0.9 | 0.8 | 0.8 |
下列有关叙述正确的是(填标号)_________。
a. 当容器内气体的摩尔质量不再变化时,反应达到平衡状态
b. 10 min时向容器内通入少量H2,则重新达平衡前ν(放氢)> ν(吸氢)
c. 保持温度不变,平衡后再充入1 mol H2,达新平衡时H2的浓度为0.4 mol/L
d. 升高温度,放氢速率加快,重新达到平衡时容器压强增大
② 下图为相同时间,NaBH4的产率与反应温度的关系曲线。NaBH4的产率在603K之前随温度升高而增大的原因是_________。
(3)NaBH4(s)遇H2O(l)剧烈水解,生成氢气和NaBO2(s)。
① 通常状况下,实验测得3.8gNaBH4(s)发生水解反应放出21.6 kJ热量,写出该反应的热化学方程式_________。
② t1/2为NaBH4水解的半衰期(水解一半所需要的时间,单位为min)。lg t1/2随pH和温度的变化如图所示。溶液pH=4时,NaBH4________(填“能”或“不能”)稳定存在;T1_________T2。(填 “>”或“<”)
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【题目】二甲醚(CH3OCH3)是一种新兴化工原料,具有甲基化反应性能。
I.二甲醚的生产:二甲醚的生产原理之一是利用甲醇脱水成二甲醚,化学方程式如下:
反应i 2CH3OH(g)
CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH 1
(1)已知:甲醇、二甲醚的气态标准燃烧热分别为-761.5 kJ·mol-1、-1455.2 kJ·mol-1,且H2O(g) = H2O(l) ΔH=﹣44.0 kJ·mol﹣1。则反应i的ΔH 1=_________kJ·mol﹣1.
(2)反应i中甲醇转化率、二甲醚选择性的百分率与不同催化剂的关系如下表所示,生产时,选择的最佳催化剂是_________。
催化剂 | 甲醇转化率/% | 二甲醚选择性/% |
SiO2-TiO2/SO42- | 35.1 | 98.1 |
SiO2-TiO2/Fe3+ | 52.9 | 98.7 |
GSAL-108 | 81.0 | 98.1 |
SiO2-Al2O3 | 62.1 | 96.4 |
注:反应条件:常压、温度270℃,甲醇液体空速14mL/(g·h)
(3)选定催化剂后,测得平衡时的甲醇转化率与温度的关系如图所示。经研究产物的典型色谱图发现该过程主要存在的副反应为:
反应ii 2CH3OH(g)
C2H4 (g)+2H2O(g) ΔH2=﹣29.1kJ·mol﹣1
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① 工业上生产二甲醚的温度通常在270-300℃,高于330℃之后,甲醇转化率下降。
根据化学平衡移动原理分析其原因可能是_________;
根据化学反应速率变化分析其原因可能是_________。
② 某温度下,以CH3OH(g)为原料,平衡时各物质的分压数据如下表:
物质 | CH3OH(g) | CH3OCH3(g) | C2H4 (g) | H2O(g) |
分压/MPa | 0.16 | 0.288 | 0.016 | … |
则反应i中,CH3OH(g)的平衡转化率α=_________。(用平衡分压代替平衡浓度计算;结果保留两位有效数字。)
II.二甲醚的应用:
(4)下图为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。该电池的负极反应式为:_________;
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