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研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成C...

研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下:

CO2g+3H2gCH3OHg+H2Og△H1    反应Ⅰ

CO2g+H2gCOg+H2Og△H2 =+41.2kJ•mol-1  反应Ⅱ

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:

TK

催化剂

CO2转化率%

甲醇选择性%

543

Cat.1

12.3

42.3

543

Cat.2

10.9

72.7

553

Cat.1

15.3

39.1

553

Cat.2

12.0

71.6

[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比

1研究证实,CO2可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的电极反应式是_________________。

2从表中实验数据可以分析出,提高CO2转化成CH3OH的选择性的方法有______________。

3能说明反应Ⅱ已经达到平衡状态的是_____________。

A.混合气体的平均相对分子质量不变

B.混合气体的密度不变

C.vH2>vCO

D.nCO/nH2不变

4在恒容密闭容器中,由CO2和H2进行反应I合成甲醇,在其它条件不变的情况下,探究温度对化学平衡的影响,实验结果如图。

△H1_________0填“>”、“<”或“=”

②有利于提高CO2平衡转化率的措施有___________填标号

A.降低反应温度

B.投料比不变,增加反应物的浓度

C.增大CO2和H2的初始投料比

D.混合气体中掺入一定量惰性气体不参与反应

5在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0,仅进行反应I

①充分反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为________用a表示

②若经过3h反应达到平衡,平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,则该过程中H2的平均反应速率为____________保留三位有效数字;平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数。则上述反应压力平衡常数KP为____________用P0表示,并化简

 

(1)CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O(2分) (2)使用Cat2催化剂(或理想催化剂) 温度为543K(或降低温度)(2分) (3)D(1分) (4)①<(1分)②A(1分) (5)①(2分)②0.5mol·L-1·h-1(1分)(2分)   【解析】 试题分析: (1)利用CO2在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,此时发生的反应为还原反应,则生成甲醇的反应发生在阴极,该电极反应式是CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。 (2)从表中实验数据可以分析出,使用相同催化剂时温度降低CO2转化成CH3OH的选择性较好,另外在相同温度下,使用Cat.2催化剂CO2转化成CH3OH的选择性好,故提高CO2转化成CH3OH的选择性应选择使用Cat2催化剂(或理想催化剂或温度为543K(或降低温度); (3)反应ⅡCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2 =+41.2kJ•mol-1为气体系数相等的吸热反应。A.反应前后气体的总物质的量不变,总质量不变,则混合气体的平均相对分子质量一直不变,则不能判断反应是否已达平衡状态;B.反应前后气体的总质量不变,体积也不变,则混合气体的密度不变,则不能判断反应是否已达平衡状态;C.都为正反应速率,不能判断反应是否已达平衡状态;D.n(CO)/n(H2)不变,则n(CO)、n(H2)不再改变,反应已达平衡状态;故选D。 (4)①温度T2达到平衡时需要的时间短,可知反应速率快,对应的温度T2>T1,但此时水蒸气的含量降低,可知升高温度平衡逆向移动,故△H1<0;②A.降低反应温度平衡正向移动,有得提高CO2的平衡转化率,正确;B.恒压条件下,投料比不变,增加反应物的浓度,不改变平衡的移动方向,无法提高CO2的转化率,错误;C.恒压条件下,增大CO2和H2的初始投料比,平衡正向移动,H2的转化率提高,但CO2的转化率降低,错误;D.混合气体中掺入一定量惰性气体,不改变平衡的移动方向,无法提高CO2的转化率,错误;答案为A。 (5)在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0,仅进行反应I。 ①由化学平衡的三段模式法计算可知, CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) 起始 1 3 0 0 变化 a 3a a a 平衡 1-a 3-3a a a 根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比, 则容器内的压强与起始压强之比为=(1-a+3-3a+a+a):(1+3)=(2-a):2, ②若经过3h反应达到平衡,平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,即(1-a+3-3a+a+a)=3.00mol,解得a=0.5mol,则该过程中H2的平均反应速率为=0.500mol·L-1·h-1;该温度下反应的化学平衡常数K为=0.148(L·mol-1)2;CO2的平衡分压为P0,H2的平衡分压为P0,CH3OH的平衡分压为P0,H2O的平衡分压为P0,上述反应压力平衡常数KP为=。 考点:考查化学平衡与电解原理,涉及平衡的移动、平衡常数的计算等。  
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氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。

1以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:

①2NH3g+CO2gNH2CO2NH4s;ΔH=-159.47 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4sCONH22s+H2Og;ΔH=a kJ·mol-1

③2NH3g+CO2gCONH22s+H2OgΔH=-86.98 kJ·mol-1

则a为              

2反应2NH3g+CO2gCONH22s+H2Og 在合成塔中进行。下图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比 [nNH3/nCO2]和水碳比[nH2O/nCO2]投料时二氧化碳转化率的情况。

图1                        图2                        图3

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:

A. 0.6~0.7          B. 1~1.1        C. 1.5~1.61

生产中应选用水碳比的数值为                  选填序号

②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是               

3尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:

NO+NO2+H2O2HNO22HNO2+CONH222N2↑+CO2↑+3H2O

①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中VNO∶VNO2=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V空气∶VNO              空气中氧气的体积含量大约为20%

图2是尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为           %。

4图3表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式             。生产中可分离出的物质A的化学式为              

 

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五种固体物质A、B、C、D、E由下表中不同的阴阳离子组成,它们均易溶于水。

阳离子

Na+

Al3+

Fe3+

Cu2+

Ba2+

阴离子

OH

Cl

CO32-

NO3

SO42

分别取它们的水溶液进行实验,结果如下:

①A溶液与C溶液混合后产生蓝色沉淀,向该沉淀中加入足量稀HNO3,沉淀部分溶解,剩余白色固体;

②B溶液与E溶液混合后产生红褐色沉淀,同时产生大量气体;

③少量C溶液与D溶液混合后产生白色沉淀,过量C溶液与D溶液混合后无现象;

④B溶液与D溶液混合后无现象;

⑤将38.4 g Cu片投入装有足量D溶液的试管中,Cu片不溶解,再滴加1.6 mol/L稀H2SO4,Cu逐渐溶解,管口附近有红棕色气体出现。

1据此推断A的化学式为:A             

2写出步骤②中发生反应的离子方程式                    

3D溶液中滴入石蕊试液,现象是             ,原因是                         用离子方程式说明

4步骤⑤中若要将Cu片完全溶解,至少加入稀H2SO4的体积是         mL。

 

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利用下图装置,进行NH3与金属氧化物MxOy反应生成M、N2、H2O,通过测量生成水的质量来测定M的相对原子质量。a中试剂是浓氨水。

    

1仪器a的名称为              仪器b中装入的试剂可以是                    

2按气流方向正确的装置连接顺序为填序号装置可重复使用                  

3装置C的作用:                     

4实验结束时,应首先            填序号;这样做的原因是                     

熄灭A装置的酒精灯          停止从a中滴加液体

5若金属氧化物为CuO,反应的化学方程式为                     

6若实验中准确称取金属氧化物的质量为m g,完全反应后测得生成水的质量为n g则M的相对原子质量为                用含x、y、m、n的式子表示

7某同学仔细分析上述装置后认为仍存在缺陷,你认为该如何改进?              

 

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某磁黄铁矿的主要成分是FexSS为﹣2价,既含有Fe2+又含有Fe3+。将一定量的该磁黄铁矿与100mL的盐酸恰好完全反应注:矿石中其他成分不与盐酸反应,生成硫单质2.4g、FeCl2 0.425mol和一定量H2S气体,且溶液中无Fe3+.则下列说法正确的是

A.100mL的盐酸中HCl物质的量浓度为7.5mol/L

B.生成的H2S气体在标准状况下的体积为2.24L

C.该磁黄铁矿中FexS的x=0.85

D.该磁黄铁矿FexS中,Fe2+与Fe3+的物质的量之比为3:1

 

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某兴趣小组探究SO2气体还原Fe3+,他们使用的药品和装置如下图所示,下列说法不合理的是

A.能表明I的还原性弱于SO2的现象是B中蓝色溶液退色

B.装置C的作用是吸收SO2尾气,防止污染空气

C.为了验证A中发生了氧化还原反应,加入用稀盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀

D.为了验证A中发生了氧化还原反应,加入KMnO4溶液,紫红色退去

 

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