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甲醇来源丰富,有广泛的用途和广阔的应用前景,工业上可以利用CO和CO2生产甲醇,...

甲醇来源丰富,有广泛的用途和广阔的应用前景,工业上可以利用COCO2生产甲醇,同时可以利用甲醇生产丙烯。制备甲醇,丙烯过程可能涉及的反应如下:

反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)  H1=49.0kJ/mol

反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)  H2

反应Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)  H3=90.0kJ/mol

反应Ⅳ:3CH3OH(g)C3H6(g)+3H2O(g)  H4=31.0kJ/mol

回答下列问题:

(1)反应Ⅱ的ΔH2=________

(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是________(较低温度”“较高温度任何温度”),据研究该反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量CO2有利于保持催化剂Cu2O的量不变,原因是________(用化学方程式表示)

(3)恒温,恒容密闭容器中,对于反应Ⅰ,下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是________

A.混合气体的密度不再变化

B.混合气体的平均相对分子质量不再变化

C.CO2的生成速率与CH3OH的生成速率相等

D.容器的压强不再变化

(4)甲醇生产丙烯的同时,还生成乙烯。在某催化剂作用下,2L密闭容器中加入0.5mol甲醇,经过相同时间后测得甲醇转化率及丙烯的选择性(生成丙烯的甲醇与甲醇转化量的比值)与反应温度之间的关系如图所示。计算600℃时反应甲醇生产丙烯的反应Ⅳ平衡常数________。若将容器体积压缩为1L,其他条件不变,在如图中作出甲醇平衡转化率随温度的变化曲线。________

(5)研究表明,甲醇可由CO2在强酸性水溶液中通过电解合成,则生成甲醇的反应电极反应式:_______

 

+41.0kJ/mol 较低温度 Cu2O+CO2Cu+CO2 BCD 0.16875 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O 【解析】 (1)根据盖斯定律计算待求反应的反应热; (2)根据反应自发性判断依据分析,从平衡移动角度分析CO2存在对催化剂的影响; (3)根据平衡状态时任何物质的物质的量、浓度及含量保持不变,分析判断; (4)根据图示可知反应在600℃时甲醇转化率是60%,根据反应开始时的物质的量浓度,物质的反应关系计算平衡常数,利用该反应的正反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动分析; (5)根据反应中元素化合价的变化及物质书写电极反应式; (1)由于反应热与反应途径无关,只与反应的物质的始态和终态有关,所以反应I-反应III,整理可得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=△H1-△H1=-49.0kJ/mol-(-90.0kJ/mol)=+41.0kJ/mol; (2)反应III的正反应是气体体积减小的放热反应,根据反应自发进行的判断依据△G=△H-T△S<0,反应可自发进行,则若反应自发进行,由于△H<0,△S<0,所以反应温度要在低温条件下才符合△G<0的条件; 反应Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在催化剂Cu2O存在条件下进行,体系中同时存在反应Cu2O+CO2Cu+CO2,若反应体系中含少量CO2,则增大了生成物的浓度,平衡逆向移动,可以产生该反应的催化剂Cu2O,使催化剂的量保持不变,因而可使反应速率可大大加快; (3)对于反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),该反应的正反应是气体体积减小的放热反应。 A.反应混合物都是气体,气体的质量、体积都不变,因此密度始终不变,因此不能据此判断反应为平衡状态,A错误; B.反应前后气体的物质的量改变,而气体的质量不变,若混合气体的平均相对分子质量不再变化,说明反应处于平衡状态,B正确; C.CO2的生成速率与CH3OH的生成速率相等,则任何一种物质的浓度不变,反应达到平衡,C正确; D.容器的压强不再变化,说明气体的物质的量不变,反应达到平衡状态,D正确; 故合理选项是BCD; (4)根据图示可知反应在600℃时甲醇转化率是60%,在反应开始时c(CH3OH)=0.25mol/L,达到平衡时c(CH3OH)=0.25mol/L(1-60%)=0.10mol/L,c(C3H6)=0.25mol/L×60%×=0.050mol/L,c(C3H6)=0.25mol/L×60%=0.15mol,则该反应的化学平衡常数K==0.16875;由于该反应的正反应是气体体积增大的反应,所以在其它条件不变时,若将容器的体积由2L变为1L,即增大了体系的压强,化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,导致甲醇平衡转化率降低,用图像表示为:; (5)CO2在酸性条件下,在阴极被还原产生CH3OH,反应方程式为:CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。
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京津冀及周边区域遭遇跨年雾霾,二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成,消除氮氧化物污染是研究方向之一。

催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:

 

  

  

请写出  反应生成 的热化学方程式__________

用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:  ,某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

 

NO

0

0

0

10

20

30

40

50

 

下列说法不能作为判断该反应达到化学平衡状态标志的是_______

A 活性炭的质量                           

C 容器内压强保持不变                    容器内混合气体的密度保持不变

E 容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变

F 容器内的浓度保持不变

时,该反应的平衡常数为_________小数点后保留两位有效数字

时,若只改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是___________

时保持温度和容器体积不变再充入NO,使二者的浓度均增加至原来的两倍,则化学平衡_______正向移动逆向移动不移动

利用反应构成电池的方法,既能实现有效消除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能,装置如图所示。

A电极的电极反应式为______________

 

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氨在工农业及国防工业上有广泛的用途。

(1)已知:

①4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)    △H=-1266.2k/mol

②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)    △H=-483.6kJ/mol

则合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)    △H=___________kJ/mol,该反应属于___________

A.高温自发   B.低温自发   C.恒自发    D.恒不自发

(2)在甲、乙、丙三个容积均为2L的密闭装置中,均充人4mol合成气,但N2、H2的投料比不同,在400℃时反应,测定N2的体积百分含量,得到下图一。

①乙装置中N2、H2的投料比为___________

②反应达到平衡后,测得乙装置中H2的体积百分含量为25%,则400℃时,合成氨反应的平衡常数为___________(不须注明单位)。

(3)在M、N两个装置中分别充入相同投料比的N2、H2,进行合成氨反应,各反应1小时,测定不同温度下N2的转化率,得到上图二。

①N2、H2在M、N两装置中反应时,不同的条件可能是______________________

②在300℃时,a、b两点转化率差异的原因是______________________

(4)氨法烟气脱硫技术渐趋成熟,回收SO2,并产出氮肥,其流程分两步:

①氨水吸收烟气中的SO2:xNH3+SO2(g)+H2O====(NH4)xH2-xSO3

②加入足量的磷酸得到纯净的SO2。写出该反应的化学方程式:______________________

 

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二氧化碳的捕集与利用是实现温室气体减排的重要途径之一。

(1)目前工业上使用的捕碳剂有 NH3 (NH4)2CO3,它们与 CO2 可发生如下可逆反应:

2NH3(l)H2O(l)CO2(g)  (NH4)2CO3(aq)           K1

NH3(l)H2O(l)CO2(g)  NH4HCO3(aq)              K2

(NH4)2CO3(aq)H2O(l)CO2(g)  2NH4HCO3(aq)    K3

K3________(用含 K1K2 的代数式表示)

(2)利用 CO2 制备乙烯是我国能源领域的一个重要战略方向,具体如下:

方法一:

CO2 催化加氢合成乙烯,其反应为:2CO2(g)6H2(g)  C2H4(g)4H2O(g)    △Ha kJ·mol1起始时按 n(CO2)n(H2)13的投料比充入20 L的恒容密闭容器中,不同温度下平衡时H2H2O的物质的量如图甲所示:

a______0(选填“>”“<”)

②下列说法正确的是______(填字母序号)

A 、使用催化剂,可降低反应活化能,加快反应速率

B 、其它条件不变时,若扩大容器容积,则 v减小,v增大

C 、测得容器内混合气体密度不随时间改变时,说明反应已达平衡

393 K下,H2的平衡转化率为________(保留三位有效数字)

393 K下,该反应达到平衡后,再向容器中按 n(CO2)n(H2)13 投入 CO2 H2 ,则n(H2)/n(C2H4)____(变大不变变小”)

方法二:

用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯,其原理如图乙所示。

b电极上的电极反应式为_______

⑥该装置中使用的是__________(”)离子交换膜。

 

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某课外学习小组对日常生活中不可缺少的调味品M进行探究。已知C可在D中燃烧发出苍白色火焰。M与其他物质的转化关系如图所示(部分产物已略去)

(1)写出B的电子式________

(2)写出由M溶液制BCD的化学方程式___________________________________

(3)A是一种常见的酸性氧化物,且可用于制造玻璃,写出AB水溶液反应的离子方程式___________________________________

(4)ACO2气体,AB溶液能够反应,反应后所得的溶液再与盐酸反应,生成的CO2物质的量与所用盐酸体积如图所示,则AB溶液反应后溶液中溶质的化学式为_______

(5)A是一种常见金属单质,且AB溶液能够反应,则将过量的F溶液逐滴加入E溶液,边加边振荡,所看到的实验现象是_________________________________

(6)A是一种氮肥, AB反应可生成气体EEFED相遇均冒白烟,且利用ED的反应检验输送D的管道是否泄露,写出ED反应的化学方程式为________________

(7)A是一种溶液,可能含有HNH4+Mg2Fe3Al3CO32- SO42-中的某些离子,当向该溶液中加入B溶液时发现生成沉淀的物质的量随B溶液的体积发生变化如图所示,由此可知,该溶液中肯定含有的离子的物质的量浓度之比为______________

 

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甘氨酸亚铁络合物[(NH2CH2COO)2Fe]是一种新型的铁营养强化剂,广泛用于缺铁性贫血的预防和治疗。某学习小组模拟其合成方法如下:

已知:

甘氨酸(NH2CH2COOH )

异抗坏血酸

甘氨酸亚铁

FeSO4.7H2O

FeCl2.4H2O

易溶入水

易溶于水和乙醇

易溶于水

易溶于水

易溶于水

微溶于乙醇

有弱酸性和强氧化性

难溶于乙醇

难溶于乙醇

易溶于乙醇

 

 

请回答:

(1)合成装置中仪器b的名称是____________

(2)合成过程中,为了防止亚铁被氧化,本实验中采取的措施是____________

(3)下列说法正确的是____________

A.滴入液体前,应先打开滴液漏斗a的上口玻璃塞

B.根据题给信息,亚铁盐应选用FeSO4·7H2O

C.步骤Ⅲ、步骤Ⅳ都有固液分离,可采用常压过滤,也可采用减压过滤

D.粗产品提纯操作为重结晶,过滤,洗涤,干燥,其中干燥过程最好选用真空干燥

(4)合成过程需控制pH5.5pH过低或过高都会使产率下降,试说明理由_________________

(5)步骤Ⅲ加入无水乙醇的目的是___________________________________________________

(6)产品纯度可用凯氏定氮法测定,测定过程分为以下四步:

I、将有机氮转换为硫酸铵        II、将铵盐转化为氨气蒸出

III、用试剂吸收氨气            IV、滴定

①以下装置可以完成IIIII两步操作

②将下列操作按合理顺序排入:

仪器清洗后,在g中加入吸收剂,然后将第I步获得的铵盐试样由d注入e→____________________________________使水蒸气进入e,蒸馏几分钟后,将f下端提离液面并用少量蒸馏水洗涤清洗管口,停止加热c ,移去锥形瓶,立即用标准盐酸溶液进行滴定。

A.打开k1 B.关闭k3k2 C.加热c D.d注入氢氧化钠溶液,蒸馏水冲洗,并留少量液体作水封 

②关于滴定过程下列说法正确的是____________

A.滴定管必须经检漏、洗涤、润洗后才能使用

B.标准盐酸溶液装入滴定管后,发现下端有气泡,可将橡皮管稍向上弯曲,挤压玻璃珠,气泡可被流水带出

C.滴定刚开始时,左手可以离开旋塞,让溶液自然流下

D.因为本测定方法较为精密和准确而操作过程繁琐,故产品纯度测定一次就可

 

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