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填空题

“节能减排”,减少全球温室气体排放,意义十分重大。二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,科学家利用溶液喷淋“捕捉”空气中的

(1)使用过量溶液吸收,反应的离子方程式为________;若含有3molNaOH的溶液“捕捉”了22.4L气体(标准状况),则所得溶液中钠与碳元素的物料守恒关系式为__________(用离子浓度的关系式表示)。

(2)①以为原料可合成化肥尿素[]。已知:

   

 

  

试写出合成尿素和液态水的热化学方程式__________。

通过反应可转化为,在催化剂作用下CO和反应生成甲醇:某容积可变的密闭容器中充有10molCO与20mol,CO的平衡转化率(a)与温度、压强的关系如下图所示。

A.若A点表示在某时刻达到的平衡状态,此时容器的容积为VL,则该温度下的平衡常数K=__________;平衡状态B点时容器的容积_______VL。(填“大于”、“小于”或“等于”)

B.若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间_______(填“>”、“<”或“=”)

C.在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是________(写出一种即可)。

正确答案

(1)CO2 + OH-=HCO3-   c(Na+)=3[c(CO32)+ c(HCO3)+c(H2CO3)]

(2)①2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=—130.98KJ/mol;②a、0.01v2(mol.L-1)小于

b、>  c、加压、降温或分离出甲醇

试题分析:(1)使用过量NaOH溶液吸收CO2生成碳酸氢钠,反应的离子方程式为CO2 + OH-=HCO3-

3molNaOH的溶液“捕捉”了1mol CO2气体,根据质量守恒定律钠是碳的3倍,所得溶液为碳酸钠和氢氧化钠的混合物,碳酸钠水解,溶液中含碳微粒有碳酸根、碳酸氢根和碳酸分子。钠与碳元素的物料守恒关系式为c(Na+)=3[c(CO32)+ c(HCO3)+c(H2CO3)];(2)①根据盖斯定律:①+②—③得NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=—130.98KJ/mol;②a:A点对应的α=0.5,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g).

起始(mol)  10          20             0

转化(mol)  5          10              5 

平衡(mol)  5            10              5

则K= C(CH3OH)/ C2(H2)C(CO),容器的体积为VL,代入数据计算得K=0.01v2(mol.L-1)2;B点与A点温度相同,B点压强大于A点,所以平衡状态B点时容器的容积VB小于VL;b、C点温度高于A点,温度越高反应速率越快,达平衡的时间越短,所以若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA>tB;C.在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率,根据平衡移动原理,可采取的措施是加压、降温或分离出甲醇。

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甲醇是一种重要的化工原料。甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源,具有广泛的应用前景。现有如下实验,在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CH3OH和1molH2O,一定条件下发生反应:CH3OH (g)+ H2O (g) CO2(g) +3 H2 (g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下表所示。 

 

①已知:CH3OH (g)+ O2 (g) CO2(g) + 2H2 (g) H1= —192.9kJ/mol 

H2(g)+O2 (g) H2 O(g) H2= —120.9kJ/mol 

则甲醇与水蒸气催化重整反应的焓变△H3=_____                    。 

②10~30 min内,氢气的平均反应速率v(H2)=___________mol/(L·min)。 

③该反应的平衡常数表达式为K=__________________。 

④下列措施中能使平衡时n(CH3OH)/n(CO2)减小的是(双选)___________。 

A.加入催化剂               B.恒容充入He(g),使体系压强增大 

C.将H2(g)从体系中分离     D.再充入1molH2

(2)甲醇在催化剂条件下可以直接氧化成甲酸。 

①在常温下,用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定20. 00 mL 0.1000 mol/L 甲酸溶液过程中,当混合液的pH=7时,所消耗的V(NaOH)___(填“<”或“>”或“=”) 20. 00 mL。 

②在上述滴定操作中,若将甲酸换成盐酸,请在图中的相应位置画出相应的滴定曲线。(1滴溶液约0.04mL) 

正确答案

(1)①-72.0kJ/mol   (3分)    

② 0.06 (3分)   

④CD (3分,全对才给分)   

(2)①< (2分) 

②(起点1(1分);20.00mL对应7(1分);两个突跃点(1分))(3分)

试题分析: (1)①根据盖斯定律和已知方程式,可得甲醇和水蒸气催化重整的方程式=①-②,所以焓变△H3=H1—H2=" —192.9kJ/mol" +120.9kJ/mol=-72.0kJ/mol。

②根据已知方程式可得反应速率v(H2) =3v(CO2)=3×(0.6 mol/L-0.2 mol/L)÷20min="0.06" mol/(L·min)。

③参与该反应的都是气体,所以该反应的平衡常数表达式为

④要使n(CH3OH)/n(CO2)减小,则采取的措施必须能使反应的平衡正向移动,所以A项加入催化剂不能改变平衡,A错误;B项恒容充入氦气,体系整体压强增大,但是实际参与反应的气体浓度没有发生改变,所以平衡不移动,B错误;C项将氢气从体系和中分离,氢气浓度减小,平衡正向移动,C可行;D项再充入H2O,同样使平衡正向移动,D可行;故选CD。

(2)①甲酸是一元弱酸,如果甲酸和等浓度的氢氧化钠等体积混合,则酸碱恰好完全中和生成甲酸钠盐溶液,但是甲酸钠水解呈碱性,所以要是混合后的溶液呈中性,则加入的碱应该小于20. 00 mL。

②若将甲酸换成盐酸,则恰好中和时溶液呈中性,且消耗的碱与酸体积相等都是20.00ml,所以用氢氧化钠滴定盐酸,其滴定曲线满足一般规律,起点pH=1,在终点处消耗氢氧化钠体积约为20.00ml,且溶液pH在4.3-9.7之间存在突变,根据描述画出滴定曲线图应该为:

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氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。

 

(1)上图是1 mol NO2气体和1 mol CO气体反应生成CO2气体和NO气体过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:                                     

已知:N2 (g)+2NO2 (g) 4NO(g)  △H=+292.3kJ·mol—1

则反应: 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 的△H=         

(2)一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中充入20 mol NO2和5 mol O2发生反应: 4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g);已知体系中n(NO2)随时间变化如下表:

 

①写出该反应的平衡常数表达式:K=            ,已知:K3000C>K3500C,则该反应是         反应(填“放热”或“吸热”);

②反应达到平衡后,NO2的转化率为       ,若要增大NO2的转化率,可采取的措施有         

A.降低温度

B.充入氦气,使体系压强增大

C.再充入NO2

D.再充入4 mol NO2和1 mol O2

③图中表示N2O5的浓度的变化曲线是        ,用O2表示从0~500s内该反应的平均速率v=              

正确答案

(1)NO2(g)+ CO(g)=CO2(g)+NO(g) △H=-234kJ·mol—1    (2分)

-760.3kJ·mol—1 (2分)(2)c2(N2O5)/ [c4(NO2) ·c(O2)] (1分) 放热(1分)

49.6% (2分)     AD(2分)        C (1分)     0.00151 mol·L—1·s—1(1分)

试题分析:(1)该反应的焓变△H=E1﹣E2=134KJ/mol﹣368KJ/mol=﹣234KJ/mol,所以热化学方程式为:NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1

N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180kJ•mol﹣1        ①

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=﹣112.3kJ•mol﹣1      ②

NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1 ③根据盖斯定律,②+③×2﹣①,得化学方程式为:2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H=(﹣112.3kJ•mol﹣1)+(﹣234kJ•mol﹣1)×2﹣(+180kJ•mol﹣1)=﹣760.3kJ•mol﹣1,故答案为:NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1;﹣760.3kJ•mol﹣1;(2)①化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方之积除以反应物的浓度系数次方之积,所以K=;升高温度平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,而升高温度平衡向吸热的方向移动,所以逆反应吸热,则正反应放热,故答案为:;放;②根据表格可知1000S时反应达到平衡,已反应的NO2为:20mol﹣10.08mol=9.92mol,NO2的转化率为×100%=49.6%;再通入一定量氮气,没有引起体系中4NO2(g)+O2(g)⇌2N2O5(g)各物质浓度的变化,所以平衡不移动,转化率不变,故答案为:49.6%;不变;③因反应物的浓度在减少,生成物的浓度再增加,根据方程式可知O2是NO2的反应速率的,N2O5和NO2的反应速率的,则a为NO2的变化曲线;c为N2O5的变化曲线,d为氧气的变化曲线,0~500s内反应的平均速率v(NO2)==6.04×10﹣3mol/(L•s),v(O2)=v(NO2)×=1.51×10﹣3mol/(L•s),故答案为:c;1.51×10﹣3mol/(L•s).

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填空题

汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。

(1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2和N2

①CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H1<0

②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H2<0

③CH4(g) +2NO2(g)N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) △H3         。(用△H1和△H2表示)

(2)在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应③,在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率见下表:

 

①写出该反应平衡常数的表达式K=         

②若温度不变,提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比,则K将         。(填“增大”、“减小”或“不变”。)

③400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数        

(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1

图1                                    图2

①NiO电极上NO发生的电极反应式:                                

②收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO)︰V(NO2)=   

(4)在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下,同时分别发生②③两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图象如图2所示:

①从图中可以得出的结论是

结论一:相同温度下NO转化效率比NO2的低

结论二:在250℃-450℃时,NOx转化率随温度升高而增大,450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小

结论二的原因是                                                    

②在上述NO2和CH4反应中,提高NO2转化率的措施有_________。(填编号)

A.改用高效催化剂     B.降低温度     C.分离出H2O(g)       D.增大压强

E.增加原催化剂的表面积   F.减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]

正确答案

(1)  (1分)

(2)①  (1分)    不变  (2分)

② 17.4%       (2分)

(3)① NO+ O2 --2e- = NO2 (2分)

② 1 : 1                  (2分)

(4)① 原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行。 (1分)

450℃-600℃时,反应已达平衡,所以,温度升高平衡逆向移动,NOx转化率随温度升高而减小。(其他合理答案也给分)  (1分)

② BCF        (2分)

试题分析:(1)即为目标方程式③,所以,

(2)① 该反应的平衡常数的表达式

② 平衡常数K不受浓度和压强的影响,只受温度的影响,温度不变K不变。

③ 400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数为:

CH4(g) +  2NO2(g)  N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)

n始     0.02        0.02          0        0          0

n转    0.006  0.02×0.6=0.012   0.006    0.006      0.012

n平    0.014       0.008        0.006    0.006      0.012

0.014 + 0.008 + 0.006 + 0.006 + 0.012 = 0.046

平衡时NO2的体积分数=

(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪实际上就是应用原电池原理,从图1可知Pt电极(通入O2的一极)为电池的正极,NiO电极(通入NO的一极)为电池的负极,O2 –可以通过固体电解质移向负极。所以,

① NiO电极上NO发生的电极反应式:NO+ O2 --2e- = NO2

②1×104L(标准状况下)尾气中含NOx的体积为:1×104L×1.12% = 112L,

NOx的物质的量为:

设NO和NO2的物质的量分别为x、y mol,根据反应化学方程式①和②:

① CH4(g) + 4NO2(g)4NO(g) + CO2(g)+2H2O(g)    

16g        4                4

m 1            y                y      m 1 = 4y

② CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)  

16g        4        

m 2       (x+y)                     m 2 = 4(x+y)

则: x+y = 5;4(x+y)+ 4y = 30

解得:x ="2.5" mol   =" 2.5" mol

所以,尾气中V(NO)︰V(NO2) =" 1" ︰ 1 。

(4)①从图2 变化曲线分析,结论二的原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行;故NOx转化率随温度升高而增大;在在450℃-600℃时反应已达到平衡状态,因为该反应是放热反应,此时温度升高平衡逆向移动,故 NOx转化率随温度升高而减小。

② 由上述NO2和CH4反应的化学方程式的特点分析可知: 该反应是放热反应;该反应是扩大气体体积的反应。所以要提高NO2转化率,可降低温度,降低温度能使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;分离出H2O,相当于减小生成物的浓度,使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;减小投料比[n(NO2) / n(CH4)],相当于增加反应物CH4的浓度,使平衡正向移动,从而增大NO2转化率。而使用催化剂只能改变反应速率,不影响平衡移动,故NO2转化率不会变化。增大压强,平衡逆移,NO2转化率会减小。因此选B C F。

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简答题

I.工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

(1)“图1”表示反应中能量的变化,曲线   (填“a或b”)表示使用了催化剂;该反应的热化学方程式为              

(2)若容器容积不变,下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。

(3)其他条件不变,请在“图2”中画出温度为T2(且T21)时,CO的平衡转化率与H2和CO的起始组成比[n(H2)/n(CO)]的关系曲线。

II.向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液,充分搅拌,弃去上层清液,如此处理多次,可使BaSO4全部转化为BaCO3,发生的反应可表示为:BaSO4(s)+CO32(aq)BaCO3(s)+SO42(aq)。

(4)现有0.20 mol BaSO4,加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na2CO3溶液处理,假设起始的c(SO42)≈0,平衡时,K=4.0×10-2,求达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程,计算结果保留2位有效数字)

正确答案

(16分)

(1)b(1分)   

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)  △H=-91kJ/mol (3分,方程式含状态符号正确给1分;反应热2分,其中单位写错扣1分,但结果或符号写错不给分,可逆符号也可以写成等号)

(2)BD(4分,答对1个给2分,但错选不给分)

(3)如图(2分,作图1分,标注1分)

(4)解:设发生转化的BaSO4的物质的量为x mol ,则平衡时c(SO42)为x mol/L

BaSO+ CO32 BaCO3 + SO42

起始浓度/mol•L-1         2.0                 0

变化浓度/mol•L-1          x                x

平衡浓度/mol•L-1       2.0-x                x

K== = 4.0×10-2(2分,单位无写不扣分)

解得:x = 7.7×10-2 (或0.077) 即发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10-2 mol。(2分,单位及有效数字错误各扣1分)

试题分析:(1)读图,反应物能量高于生成物能量,该反应的焓变为-91kJ/mol,曲线b有2个峰,a只有1个峰,且前者的2个峰均低于后者的1个峰,说明b使用了催化剂,将1个化学反应变为2个先后或连续发生的化学反应,且降低了反应的活化能,但是对总反应的焓变无影响,所以该反应的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)  △H=-91kJ/mol;(2)由于正反应是放热反应,其它条件相同时,升高温度平衡向逆反应方向移动,则CO平衡转化率减小,故A错误;甲醇是生成物,从平衡体系移走生成物,减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,反应物平衡转化率增大,故B正确;由于容器容积不变,虽然充入氦气增大压强,但是平衡体系各组分的物质的量、物质的量浓度均不变,所以平衡不能移动,反应物平衡转化率保持不变,故C错误;再充入1molCO和2molH2,就是增大压强,由于正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,反应物的平衡转化率增大,故D正确;(3)读图,横坐标表示氢气和一氧化碳的起始组成比,纵坐标表示CO的平衡转化率;当氢气和一氧化碳的起始组成比为0时,CO的平衡转化率为0;当氢气和一氧化碳的起始组成比相同且不为零时,由于正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大;当氢气和一氧化碳的起始组成比增大时,增大氢气的浓度,平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大;根据上述要点作图,可以画出温度为T2时,CO的平衡转化率随氢气和一氧化碳的起始组成比变化的示意图;(4)设硫酸钡溶解的物质的量为xmol,由于BaSO+ CO32 BaCO3 + SO42中各物质的系数之比等于物质的量之比,则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量均为xmol,由于饱和碳酸钠溶液的体积为1L,由于c=n/V,则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量浓度均为xmol/L,由此推断该可逆反应中有关组分的(起始、变化、平衡)浓度,则:

BaSO+ CO32 BaCO3 + SO42

起始浓度/mol•L-1         2.0                 0

变化浓度/mol•L-1          x                x

平衡浓度/mol•L-1       2.0-x                x

K== = 4.0×10-2

解得:x = 7.7×10-2 (或0.077

即发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10-2 mol。

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