- 化学反应与能量
- 共8781题
能源是影响全球经济和生活的重要因素。目前人类已开发和利用的能源中,氢气是最理想的清洁能源之一。已知反应:2H2+O2 2H2O,试回答下列问题。
(1)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”);
(2) 1当生成8g H2O时,H2O的物质的量是 (填字母代号)。
A.1mol B.1mol/L C.1g/mol
正确答案
(1)放热 (2)A
(1)氢气燃烧是放热反应,所以该反应为放热反应。
(2) 1当生成8g H2O时,H2O的物质的量为1mol,故选A
.(8分)设计实验证明弱酸的酸性:醋酸>碳酸>硼酸。提供的试剂有:溶液、
溶液、
溶液、硼酸(
)溶液、
溶液、
溶液。
(1)证明酸性醋酸>碳酸的操作方法是(简述): ,化学方程式是 。
(2)证明酸性:碳酸>硼酸的操作方法是(简述): ,得出“酸性碳酸>硼酸”的结论的现象或理由是(简述) 。
正确答案
(1)把溶液与
溶液混合
══
(2)把硼酸溶液与
溶液混合 没有气体(
)生成
证明两种酸的酸性强弱,可以用化学中的“强酸制弱酸”的原理,即让甲酸与乙酸的盐反应,如果反应,则甲酸酸性大于乙酸。(1)证明醋酸的酸性>碳酸,可以让醋酸与碳酸盐反应,观察到有二氧化碳气体生成。方法为把溶液与
溶液混合,看是否有气体生成,方程式为:
══
;同理(2)证明碳酸酸性>硼酸,做实验: 硼酸溶液与
溶液混合,实验结果没有气体生成,说明碳酸酸性<硼酸。
室温下将n体积pH=10和m体积pH=13两种NaOH溶液混合得pH=12的NaOH溶液,则n:m=——————————————
正确答案
100 :11
此题是关于两种不反应的溶液混合后溶液pH值的计算,根据混合前后溶质(NaOH)量守恒,列式求解
解答:pH="10 " C(H+)=10-10mol/L C(OH—) =10-4mol/L
pH="13 " C(H+)=10-13mol/L C(OH—) =10-1mol/L
pH="12 " C(H+)=10-12mol/L C(OH—) =10-2mol/L
10-4·n + 10-1·m =" (n+m)" ×10-2
n :m =" 100" :11
有关混合溶液的pH计算,题设条件可千变万化,正向、逆向思维,数字与字母交替出现,但基本题型只有两种:(1)混合后不反应,(2)混合后反应。对于溶液的稀释,可将水作为浓度为0的溶液,仍属混合后不反应一类,这一类混合溶液的pH应介于两种溶液的pH之间,因而酸、碱溶液无论加多少水稀释,其最终pH均不可能等于纯水的pH(即常温不可能为7)。混合溶液pH的计算方法也很简单,即设法求出混合溶液的C(H+),若是溶液显碱性,则必须先求出溶液的C(OH—),然后再换算为C(H+)或按OH—量守恒列式求解。
(10分)室温下取0.2 mol·L-1HCl溶液与0.2 mol·L-1 MOH溶液等体积混合(忽略混合后溶液体积的变化),测得混合溶液的pH=6,试回答以下问题:
(1)①混合溶液中水电离出的c(H+)__________0.2mol·L-1 HCl溶液中水电离出的c(H+);(填“>”、“<”、或“=”)
②求出混合溶液中下列算式的精确计算结果(填具体数字):
c(Cl-)-c(M+)=__________ mol·L-1 c(H+)-c(MOH) =__________ mol·L-1
(2)室温下如果取0.2 mol·L-1 MOH溶液与0.1 mol·L-1 HCl溶液等体积混合,测得混合溶液的pH<7,则说明MOH的电离程度________MCl的水解程度。(填“>”、“<”、或“=”),溶液中各离子浓度由大到小的顺序为_______________________。
正确答案
略
汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致:
N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH,已知该反应在 T ℃时,平衡常数K=9.0。
请回答:
(1)已知:N2(g)+2O2(g) 2NO2(g) ΔH1 2NO2(g)
O2+2NO(g) ΔH2 ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的表达式表示);
(2)某温度下,向2 L的密闭容器中充入N2和O2各1 mol,5分钟后O2的物质的量为0.5 mol,则NO的反应速率 ;
(3)假定该反应是在恒容条件下进行,下列能判断该反应已达到平衡的是________;
(4)下图是反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)的“K-T”、“c(NO)-t”图,由图A可以推知该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。由图B可知,与a对应的条件相比,b改变的条件可以是 ;
(5)T ℃时,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为0.20 mol·L-1、0.20mol·L-1和0.50mol·L-1,此时反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)________________(填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),平衡时,N2在混合气体的体积百分数为多少?(在答题卡上写出具体计算过程,结果保留2位有效数字)
正确答案
(1)ΔH1 + ΔH2 2分
(2)0.1 mol·L-1·min-1 2分
(3)AD 2分 漏选扣1分,多选错选没分
(4)吸热 2分 加入催化剂2分 (5)向正反应方向进行 2分 20%
试题分析:(1)根据盖斯定律,可得∆H = ΔH1 + ΔH2
(2)v(NO)=2v(O2)="2×0.5mol÷2L÷5min=0.1" mol·L-1·min-1
(3)A、消耗1 mol N2同时生成1 mol O2,说明正反应速率和逆反应速率相等,该反应已达到平衡,正确;B、该反应是在恒容条件下进行,不论反应是否平衡,气体密度不变,所以密度不变不能说明反应已达到平衡,错误;C、因为左右气体的系数相等,不论反应是否平衡,混合气体平均相对分子质量不变,所以混合气体平均相对分子质量不变不能说明反应已达到平衡,错误;D、2v正(N2)=v逆(NO),等于系数之比,说明正反应速率等于逆反应速率,反应已达到平衡,正确。
(4)温度升高,平衡常数K增大,说明该反应为吸热反应;b反应速率加快,但平衡不移动,则b改变的条件可以是:加入了催化剂。
(5)设出N2的转化浓度,根据化学方程式,可表示出平衡时N2、O2、NO的浓度,然后根据平衡常数K的表达式,列出计算式,可求出N2的转化浓度,进而求出N2的体积分数。
(15分)回答下列各小题:
(1)已知在水中的电离方程式为
。在
溶液
__________
(填“>”“=”或“<”,1分)。
(2)常温下,向1.0mol/L的溶液中逐滴加入等物质的量浓度的
溶液,生产沉淀的量与加入氢氧化钡溶液的体积关系如图所示。a、b、c、d分别表示实验时不同阶段的溶液。其中b点表示溶液呈_________(填“酸性”“中性”或“碱性”,1分),c点所示的离子方程式为______________________________________________________(2分)。
(3)在T℃时,将晶体加入到pH=6的蒸馏水中,保持温度不变,测得溶液的pH为2。T℃将__________25℃(填“高于”或“低于”,1分),K
为__________(1分),在该溶液中由水电离出的
为__________mol·L-1(1分)。T℃时,将pH=11的NaOH溶液V1L与pH=1的
溶液V2L混合(设混合后溶液的体积为原两溶液体积之和),所得混合溶液的pH=2,则V1: V2 =____________(2分),此溶液中各种离子的浓度由大到小的排列顺序为________________________________________________(2分)。
(4)0.1 mol·L-1pH为4的NaHB溶液中①、②
、③
由大到小的顺序为_______________(2分)。
(5)在0.1 mol·L-1的①溶液、②
溶液、③
溶液中,
由大到小的排列顺序为_______________________(2分)。
正确答案
(1)=
(2)中性
(3)高于
9:11
(4)②>③>①
(5)①>③>④>②
本题综合考查了水的电离、盐类的水解、离子浓度大小的比较、离子方程式的书写,同时考查了溶液pH的计算,要求考生具有较强的综合分析能力。(1)
溶液中电荷守恒:
,因
,因此有
。(2)图像中c点为拐点,说明
恰好完全沉淀,同时也说明溶液的体积为20 mL。离子方程式为
。即
与
恰好中和,溶液呈中性。当加入10 mL Ba(OH)2溶液时,反应为
。(3)纯水的pH=6,说明
,
,说明温度高于25℃。
。pH=11的NaOH溶液
,由题意得:
,解得:
:
=9:11,因此溶液中各离子浓度大小关系为
。(4)因0.1
的NaHB溶液的pH为4,表明
的电离程度大于其水解程度,因此离子浓度大小关系为②>③>①。(5)不同种溶液中离子浓度大小比较的一般方法:先看电离,电离的多,浓度大,电离的量相同时,再看水解程度的大小。
点评:计算碱溶液的pH时,一定要考虑水的离子积,当温度不是25℃时,,计算时务必注意,否则极易出错。
(4分)限使用下列试剂:酚酞、石蕊、稀氨水、氯化铵晶体、浓盐酸、熟石灰粉末、醋酸铵晶体和蒸馏水,根据①弱碱在水中存在电离平衡 ②弱碱的阳离子会破坏水的电离平衡,这两平衡的移动均会引起指示剂颜色的变化。由此可分别选用上述试剂,设计两种实验证明NH3·H2O是弱碱,请简述实验方法及现象:
(1)应用根据①的实验方法及现象_______________。
(2)应用根据②的实验方法及现象_______________。
正确答案
(1)取少量氨水,滴加酚酞试液,溶液呈红色,然后向其中加入CH3COONH4晶体,振荡,可看到红色变浅,说明氨水中存在电离平衡,说明氨水是弱碱
(2)取少量NH4Cl晶体溶于水,滴加石蕊试液,溶液呈红色,说明水解,说明氨水是弱碱
弱碱在水中均存在电离平衡,如一水合氨:NH3·H2O+OH-,当改变
的浓度时,可以使电离平衡发生移动,使OH-浓度发生变化,使指示剂的颜色发生深浅变化。
弱碱的阳离子能够发生水解反应,从而破坏了水的电离平衡,使溶液的酸碱性发生改变。如水解结合水电离产生的OH-,使水的电离平衡向右移动,使溶液呈酸性。
(8分))常温下,有下列四种溶液:①pH=4的NH4Cl溶液;②pH=10的NaOH溶液;③pH =4的盐酸;④pH =4的醋酸溶液。请回答下列问题:
(1)溶液中①、②由水电离的c(H+) 分别为a、b ,则a:b="_____________"
(2)将②与④等体积混合,所得溶液pH__7(填“>”、“ <”或“=”、),溶液中离子的物质的量浓度由大到小的顺序是___ _ 。
(3)取等体积的③、④两种溶液,分别加水稀释到pH均等于5,所需水的体积分别为V1 、V2,则V1 ____V2(填“>”、“ <”或“=”)。
(4)取等体积的③、④两种溶液,加入质量不等的锌粒,反应结束后得到等量的H2,下列说法正确的是_____________(填字母符号)
正确答案
略
甲醇是一种可再生的优质燃料,用途广泛,研究其作用具有广阔前景。
(1)已知在常温常压下,测得反应的反应热如下:
① 2CH3OH(l)+ 3O2(g) 2CO2(g) +4H2O(g) ∆H1= -1275.6 kJ/mol
② 2CO(g) +O2(g) 2CO2(g) ∆H2=-566.0 kJ/mol
CH3OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式是 。
(2)工业上生产甲醇的反应如下:CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g) ∆H = -49 kJ/mol
在某温度下,容积均为1 L的A、B两个容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容。容器B中经10 s后达到平衡。达到平衡时的有关数据如下表:
①从反应开始至达到平衡时,容器B中CH3OH的平均反应速率为 。
②该温度下,B容器中反应的化学平衡常数的数值为 。
③α= 。
④下列措施能使容器A中甲醇的产率增大的是 。
a.升高温度 b.将水蒸气从体系分离
c.用更有效的催化剂 d.将容器的容积缩小一半
(3)我国科学院化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。
① 该电池工作时,b口通入的物质为 。
② 该电池正极的电极反应式为 。
正确答案
(1)CH3OH(l)+ O2(g) CO (g) +2H2O(g) ∆H= -354.8 kJ/mol(2分)
(2)① 0.04 mol/L·S (2分)
② 1.92 (2分)
③ 29.4 kJ (1分)
④ b d (1分)
(3)① CH3OH (1分)
② O2+4e-+4H+ 2H2O(1分)
试题分析:(1)CH3OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式用(①-②)÷2即得,所以答案是CH3OH(l)+ O2(g) CO (g) +2H2O(g) ∆H= -354.8 kJ/mol;
(2)①达平衡时,B容器的热效应是吸收 19.6 kJ热量,即甲醇的物质的量减少19.6/49=0.4mol,浓度减少0.4mol/L,所以容器B中CH3OH的平均反应速率为0.4mol/L/10s=0.04 mol/L·S
②B容器中平衡时c(CH3OH)=1-0.4=0.6mol/L=c(H2O),c(CO2)=0.4 mol/L ,c(H2)=1.2 mol/L,所以B容器的化学平衡常数K= c(CO2) c(H2)3/ c(CH3OH) c(H2O)=1.92
③a容器的化学平衡常数是1/1.92,设平衡时甲醇的浓度为x,则1/1.92=x2/(1-x)(3-3x)3,解得x=0.6mol/L,所以α=0.6mol/L×1L×49 kJ/mol =29.4 kJ
④a、升高温度,平衡逆向移动,甲醇产率减少,错误;b、将水蒸气从体系分离,生成物浓度减小,平衡正向移动,甲醇产率增大,正确;c、使用催化剂对平衡无影响,错误;d、将容器的容积缩小一半,压强增大,平衡正向移动,甲醇产率增大,正确,答案选bd。
(3)原电池中阳离子移向正极,所以电池右侧为正极,氧气发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O,所以电池左侧为负极,b口应通CH3OH。
氮及其化合物在工农业生产、生活中有者重要作用。请回答下列问题:
(1)图1是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO过程中能星变化示意图(a、b均大于0,)且知:2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-ckJ·mol-1(c>0)
请写出CO将NO2还原至N2时的热化学方程式____________;
(2)图2是实验室在三个不同条件的密闭容器中合成氨时,N2的浓度随时间的变化曲线(以a、b、c表示)。已知三个条件下起始加入浓度均为:c(N2)=0.1mol·L-1,c(H2)=0.3mol·L-1;合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0
①计算在a达平衡时H2的转化率为______;
②由图2可知,b、c各有一个条件与a不同,则c的条件改变可能是______;
试写出判断b与a条件不同的理由____________;
(3)利用图2中c条件下合成氨(容积固定)。已知化学平衡常数K与温度(T)的关系如下表:
①试确定K1的相对大小,K1______4.1x106(填写“>”“-”或“<”)
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据的 是______(填序号字母)。
A.容器内NH3的浓度保持不变 B.2v(N2)(正)=v(H2)(逆)
C.容器内压强保持不变 D.混合气体的密度保持不变
(4)①NH4Cl溶液呈酸性的原因是(用离子反应方程式表示 )______。
②250C时,将pH=x氨水与pH=y的疏酸(且x+y=14,x>11)等体积混合后,所得溶液中各种离子的浓度关系正确的是
A.[SO42-]>[NH4+]>[H+]>[OH-]
B.[NH4+]>[SO42-]>[OH-]>[H+]
C.[NH4+]+[H+]>[OH-]+[SO42-]
D.[NH4+]>[SO42-]>[H+]>[OH-]
正确答案
(12分)
(1)4CO(g)+2NO2(g)=4CO2(g)+N2(g)△H=-(2b+c-2a)kJ·mol(2分)
或4CO(g)+2NO2(g)=4CO2(g)+N2(g)△H=(2a-2b-c)kJ·mol等
(2)①40%(2分)
②升高温度(1分);因为加入催化剂能缩短达到平衡的时间,但化学平衡不移动,所以b、a两条件下达到平衡是N2的浓度相同(或其他合理答案)(2分)。
(3)<(1分);AC(2分);
(4)①NH+4+H2O=NH3·H2O+H+(2分)
②BC(2分)
试题分析:。
(1)根据题干信息可以得到:①式NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=-(b-a)kJ·mol,结合②式:2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-ckJ·mol-1(c>0),由①×2+②得CO将NO2还原至N2时的热化学方程式:4CO(g)+2NO2(g)=4CO2(g)+N2(g)△H=-(2b+c-2a)kJ·mol
(2)①平衡时氮气的浓度为0.06mol/L,转化的量为0.04mol/L,根据计量数之比H2转化的量为0.12mol/L,H2的转化率为0.12mol/L÷0.30mol/L×100%=40%;②升高温度合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0为放热反应,氮气的转化率下降,缩短了到达平衡的时间,有可能。因为加入催化剂能缩短达到平衡的时间,但化学平衡不移动,所以b、a两条件下达到平衡使N2的浓度相同。
(3)①合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,K会减小;②平衡时,各物质的量不变,所以A.容器内NH3的浓度保持不变,正确。C.容器内压强保持不变,正确。B.3v(N2)(正)=v(H2)(逆),错误。D.由于是恒容容器,总质量、总体积均不变,混合气体的密度保持不变,错误。
(4)①NH4Cl的水解:NH4++H2O=NH3·H2O+H+;②,由x+y=14,氨水少量电离的OH-能与硫酸完全电离出的H+,说明氨水要远多于硫酸,等体积混合后溶液一定呈碱性[H+]<[OH-],结合电荷守恒式:
[NH4+]+[H+]=[OH-]+2[SO42-],可知BC正确。
化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。请回答下列问题:
(1)已知C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),则该反应的平衡常数表达式为 。
(2)已知在一定温度下,
C(s)+CO2(g) 2CO(g) △H1
CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) △H2
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H3
则△H1、△H2、△H3之间的关系是: 。
(3)通过研究不同温度下平衡常数可以解决某些实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应时,会发生如下反应: CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如表所示。
则该反应的正反应方向是 反应(填“吸热”或“放热”),在500℃时,若设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,则CO的平衡转化率为 。
(4)从氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等。对反应N2O4(g) 2NO2(g) △H>0在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是 :
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态A到状态B,可以用加热的方法
E.A、C两点的化学平衡常数:A=C
(5)工业上用Na2SO3吸收尾气中的SO2,再用下图装置电解(惰性电极)NaHSO3制取H2SO4(阴离子交换膜只永许阴离子通过),阳极电极反应式为: ,阳极区逸出气体的成分为 (填化学式)。
正确答案
(1)(共2分)
(2)(共2分) △H3 =△H1+△H2 或△H1=△H3﹣△H2 或△H2 =△H3﹣△H1
(3)(共5分) 放热 (2分) 75% (3分)
(4)(共2分) E (不能选B,因为压强大过一倍以上时,压缩引起的颜色变化大过移动引起的颜色变化,所以C点比A点颜色深;温度相同,则平衡常数相同)
(5)(共4分) 4OH - - 4e-=2H2O+O2↑ (2分) O2、SO2 (2分)
(说明:阴离子放电顺序S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(SO32->SO42->NO3-)>F- ;阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸性溶液)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+(>水解产生的H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;溶液中电极电位:4OH—4e-=O2+2H2O E=﹣0.401 V;SO32-+2OH-=SO42-+H2O E=+0.90V。所以:在阴极是H+放电,在阳极是OH-放电不是SO32-;由于放电速度很快,离子移动速度较慢,阴极区OH-放电后多出的H+立即与SO32-反应放出SO2气体,阴极区多出的SO32-通过阴离子交换膜移动过阳极区补充)
试题分析:(1)由反应方程式可知C为固体,所以平衡常数的表达式为
(2)根据热化学方程式和盖斯定律得,方程式③=①+②,所以△H3=△H1 +△H2 。
(3)根据表格中数据可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐减小,说明正反应进行的程度逐渐减小,所以平衡逆向移动,正反应为放热反应;500℃时,平衡常数K=9,所以有:
CO(g)+H2O(g) H2(g) + CO2(g),
初始浓度(mol/L) 0.020 0.020 0 0
转化浓度(mol/L) 0.02α 0.02α 0.02α 0.02α
平衡浓度(mol/L) 0.02(1-α) 0.02(1-α) 0.02α 0.02α
所以代入表达式中K=(0.02α)2/ [0.02(1-α)]2 =9,解得α=75%,所以CO转化率为75%。
(4)图为不同温度下平衡体系中的NO2体积分数随压强变化曲线图,所以分析:
A:反应速率受温度、浓度、压强等因素影响,C点的压强远大于A,压强越大反应速率越大,C>A,A错误。
B:NO2为红棕色,颜色深浅与浓度大小有关, C点对于A点,增大了压强,平衡逆向移动,NO2减少,但是因为C点压强远大于A点,所以被压缩后浓度增大要大于平衡移动造成的浓度减小,所以C的颜色深,A浅,B错误。
C:B、C两点在不同条件控制下平衡时NO2的体积分数相等,所以气体的总质量和总物质的量相等,平均相对分子质量相等B=C,C项错误。
D:正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,NO2的体积分数增大,所以加热不能实现状态A到状态B的转化,D项错误。
E:A、C两点在同一温度线上,所以温度相同平衡常数相同,A=C,所以E正确。
故选E。
(5)根据如图电解装置可知,阴极HSO3-电离出的H+在阴极区得到电子被还原生成了H2阴极反应式:2H++2e-=H2↑,而阳极区水电离的OH-先放电,失去电子生成O2,阳极反应式:4OH - - 4e-=2H2O+O2↑,由于阳极区不断消耗OH-,所以使得阴极区产生的SO32- 不断通过阴离子交换膜,并与阳极溶液中的H+反应2H++ SO32- =SO2↑+H2O,所以阳极区有氧气产生,也有SO2产生。而通过离子交换膜的部分SO32- 也会被生成的氧气氧化生成SO42- ,所以也会不断生成硫酸产品。(说明:阴离子放电顺序S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(SO32->SO42->NO3-)>F- ;阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸性溶液)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+(>水解产生的H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;溶液中电极电位:4OH—4e-=O2+2H2O E=﹣0.401 V;SO32-+2OH-=SO42-+H2O E=+0.90V。所以:在阴极是H+放电,在阳极是OH-放电不是SO32-;由于放电速度很快,离子移动速度较慢,阴极区OH-放电后多出的H+立即与SO32-反应放出SO2气体,阴极区多出的SO32-通过阴离子交换膜移动过阳极区补充)
研究硫及其化合物的性质有重要意义。
(1)Cu2S在高温条件下发生如下反应:
2Cu2S(s)+3O2(g)=2Cu2O(s)+2SO2(g) ⊿H=-773kJ/mol
当该反应有1.2mol电子转移时,反应释放出的热量为 kJ。
(2)硫酸工业生产中涉及反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),SO2的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。
①压强:P1 P2(填“>”、“=”或“<”)。
②平衡常数:A点 B点(填“>”、“=”或“<”)。
③200℃下,将一定量的SO2和O2充入体积不变的密闭容器中,经10min后测得容器中各物质的物质的量浓度如下表所示:
能说明该反应达到化学平衡状态的是 。
a.SO2和O2的体积比保持不变
b.体系的压强保持不变
c.混合气体的密度保持不变
d.SO2和SO3物质的量之和保持不变
计算上述反应在0~10min内,υ(O2)= 。
(3)一定温度下,用水吸收SO2气体时,溶液中水的电离平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);若得到pH=3的H2SO3溶液,试计算溶液中 。(已知该温度下H2SO3的电离常数:Ka1=1.0×10-2 mol/L,Ka2=6.0×10-3 mol/L)
正确答案
(14分)(1)77.3(2分)
(2)①<(2分) ② =(2分) ③ a b(2分) 0.08mol·L-1·min-1(2分)
(3)向左 (2分);或0.17(2分)
试题分析:(1)根据热化学方程式2Cu2S(s)+3O2(g)=2Cu2O(s)+2SO2(g) ⊿H=-773kJ/mol可知,每放出773kJ能量,反应中就转移12mol电子(氧气是氧化剂,1分子氧气得到4个电子),所以当该反应有1.2mol电子转移时,反应释放出的热量为×773kJ/mol=77.3kJ。
(2)①根据图像可知,在温度相同时,P2曲线表示的SO2转化率大于P1曲线表示的SO2转化率。由于正反应是体积减小的可逆反应,增大压强平衡向正反应方向移动,SO2转化率增大,所以压强是P1<P2。
②对于特定的可逆反应,平衡常数只与温度有关系,A、B两点的温度相同,所以两点对应的平衡常数相等。
③在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。根据表中数据可知,反应前SO2和氧气的(0.4+1.6)mol/L=2.0mol/L和(1.2+1.6÷2)mol/L=2.0mol/L,即反应物的起始浓度不是按照化学计量数之比冲入的,所以当SO2和O2的体积比保持不变时,可以说明反应调动平衡状态,a正确;该反应是体积减小的可逆反应,所以容器内气体的压强是减小的,因此当压强不再发生变化时,可以说明达到平衡状态,b正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中气体的质量和容积始终是不变的,因此密度始终是不变的,因此选项c不能说明;根据S原子守恒可知,SO2和SO3物质的量之和始终保持不变,d不能说明,答案选ab。在0~10min内,氧气的浓度减少0.8mol/L,则υ(O2)=0.8mol/L÷10min=0.08mol·L-1·min-1。
(3)SO2溶于水生成亚硫酸,亚硫酸是酸,电离出氢离子,抑制水的电离,则溶液中水的电离平衡向左移动。根据亚硫酸的第二步电离方程式HSO3-+H2OSO32-+H+可知,Ka2=
,则
=
=
=
或0.17。
(16分)工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下:
(1)工业生产时,制取氢气的一个反应为:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。t℃时,往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气。反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12mol·L-1。则该温度下此反应的平衡常数K= (填计算结果)。
(2)合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知,表中T1 300℃(填“>”、“<”或“=”)。
(3)氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水,科学家利用此原理,设计成“氨气-氧气”燃料电池,则通入氨气的电极是 (填“正极”或“负极”);碱性条件下,该电极发生反应的电极反应式为 。
(4)用氨气氧化可以生产硝酸,但尾气中的NOx会污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,反应机理为:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -1160kJ·mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(5)某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂,测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图。据图分析,若不使用CO,温度超过775K,发现NO的转化率降低,其可能的原因为 ;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在 左右。
正确答案
(1)(2分)1 (2)(2分)<
(3)(4分)负极 (2分) 2NH3 — 6e- + 6OH- =N2 +6H2O (2分。化学式1分、配平1分)
(4)(3分)CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) △H=-867kJ/mol (方程式2分,
△H数值1分)
(5)(5分)该反应是放热反应(1分),当在775K反应达到平衡后继续升高温度(1分),平衡向逆(左)方向移动,NO转化率降低(1分) 870K(2分。写860-875K之间任意数值均给分)
试题分析:(1)根据“三段式”进行计算:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
初始浓度(mol•L‾1) 0.2 0.3 0 0
转化浓度(mol•L‾1) 0.12 0.12 0.12 0.12
平衡浓度(mol•L‾1) 0.08 0.18 0.12 0.12
平衡常数K=0.12×0.12÷(0.08×0.18)=1。
(2)因为该反应△H<0,为放热反应,所以温度升高,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,T1的平衡常数大于300℃时平衡常数,所以T1 < 300℃。
(3)燃料电池中,O2为正极,燃料为负极,所以通入氨气的电极是负极;NH3失去电子生成的单质为N2,所以电极方程式为:2NH3 — 6e- + 6OH- =N2 +6H2O
(4)NO2被还原为N2,则CH4被氧化为CO2,写出化学方程式并配平,CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g),根据盖斯定律求出焓变,△H=1/2△H1+1/2△H2=-867kJ•mol‾1,可得热化学方程式。
(5)0~775K,为反应建立化学平衡的过程,775K时达到平衡,温度继续升高,NO的转化率减小,说明正反应为放热反应,温度升高,平衡向逆反应方向移动。
化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。
(1)合成氨用的氢气有多种制取方法:请你写出用C制备水煤气的化学反应方程式 。还可以由天然气或重油制取氢气:CH4+H2O(g) 高温催化剂CO+3H2;比较以上两种方法转移6mol电子时,C和CH4的质量之比是 。
(2)工业生产可以用NH3(g)与CO2(g)经过两步反应生成尿素,两步反应的能量变化示意图如下:
则NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为 。
(3)已知反应Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g) △H=akJ/mol。测得在不同温度下,该反应的平衡常数K随温度的变化如下:
①该反应的化学平衡常数表达式K= ,a 0(填“>”、“<”或“:”)。在500℃2L密闭容器中进行反应,Fe和CO2的起始量均为4 mol,则5min后达到平街时CO2的转化率为 ,生成CO的平均速率v(CO)为 。
②700℃反应达到平衡后,要使该平衡向右移动,其他条件不变时,可以采取的措施有 (填字母)。
正确答案
(15分,最后一问1分,其余每空2分)(1)C+H2O(g) CO+H2;9:4
(2)2NH3(g)+CO2(g)=H2O(l)+CO(NH2)2(s) △H=-134kJ/mol
(3)①;>;50%;0.2mol/(L·min) ②C
试题分析:(1)高温下碳和水蒸气反应生成氢气和CO,反应的化学方程式是C+H2O(g) CO+H2;反应中碳的化合价从0价升高到+2价,转移2个电子。因此转移6mol电子时,消耗碳单质的质量是:12g/mol×3mol=36g。在反应CH4+H2O(g) 高温催化剂CO+3H2中碳的化合价从-4价升高到+2价,转移6个电子。因此转移6mol电子时消耗甲烷的质量是16g,所以以上两种方法转移6mol电子时,C和CH4的质量之比是36:16=9:4。
(2)根据图像可知,第一步反应中反应物的总能量高于生成物的总能量,因此是放热反应,反应的热化学方程式是2NH3(g)+CO2(g)=H2NCOONH4(l,氨基甲酸铵) △H1=-272KJ/mol;第二步反应中,反应物的总能量低于生成物的总能量,因此反应是吸热反应,反应的化学方程式是H2NCOONH4(l)=H2O(l)+ CO(NH2)2(s) △H2=+138KJ/mol。根据盖斯定律可知,两个过程相加即得到NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式,即为2NH3(g)+CO2(g)=H2O(l)+ CO(NH2)2(s) △H=-272KJ/mol+138KJ/mol=-134kJ/mol。
(3)①化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据反应Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)可知,该反应的平衡常数K=。由表中数据可知,对于反应①,温度越高平衡常数越大,说明升高温度平衡向正反应方向移动。由于升高温度平衡向吸热反应方向进行,故a>0。令平衡时参加反应的二氧化碳的物质的量浓度为xmol,则:
Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)
起始浓度(mol/L) 2 0
转化量(mol/L) x x
平衡量(mol/L) 2-x x
所以根据平衡常数的表达式可知=1,解得x=1,所以二氧化碳的转化率为×100%=50%。其中CO表示的平均速率v(CO)==0.2mol/(L•min)。
②A、反应前后体积不变,缩小反应器容积,压强增大,化学平衡不移动,故A错误;
B、铁是固体,增加Fe的物质的量,不会引起化学平衡的移动,故B错误;
C、正方应是吸热反应,升高温度到900℃,化学平衡正向移动,故C正确;
D、催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡状态,所以使用合适的催化剂,不会引起化学平衡的移动,故D错误,答案选C。
节能减排是当今社会的热门话题,研发混合动力汽车对于中国汽车业的未来具有重要的战略意义。混合动力汽车持续工作时间长,动力性好的优点,无污染、低噪声的好处,汽车的热效率可提高10%以上,废气排放可改善30%以上,某种混合动力汽车的动力系统由“1.6L汽油机十自动变速器十20kW十200V镍氢电池”组成。
①混合动力汽车所用的燃料之一是乙醇,lg乙醇完全燃烧生成CO2气体和液态H2O放出30.0kJ热量,写出乙醇燃烧的燃烧热的热化学方程式 。
②镍氢电池的使用可以减少对环境的污染,它采用储氢金属为负极,碱液NaOH为电解液,镍氢电池充电时发生反应 。其放电时的正极的电极反应方程式为 。
③常温下,同浓度的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的pH都大于7,两者中哪种的pH更大,其原因是 。0.1mol·L-1 Na2CO3中阴离子浓度大小关系是 ,向0.1mol·L-1 NaHCO3溶液中滴入少量氢氧化钡溶液,则发生反应的离子方程式为: 。
(2)二氧化锰、锌是制备干电池的重要原料,工业上用软锰矿(含MnO2)和闪锌矿(含ZnS)
联合生产二氧化锰、锌的工艺如下:
①操作Ⅰ需要的玻璃仪器是 。
②软锰矿(含MnO2)和闪锌矿与硫酸反应的化学方程式为 ,上述电解过程中,当阴极生成6.5g B时阳极生成的MnO2的质量为 。
③利用铝热反应原理,可以从软锰矿中提取锰,发生的化学方程式为 。
正确答案
(1)①C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l);△H=-1380KJ/mol (2分)
② NiO(OH) + H2O+ e- = Ni(OH)3 + OH- ; (2分)
③Na2CO3,CO32- 水解比HCO3- 水解程度大,产生的OH- 更多,所以Na2CO3溶液的碱性比NaHCO3的大,PH大。 C(CO32-)﹥C(OH-)﹥C(HCO3-) (各1分)
Ba2+ + 2OH- + 2HCO3- =BaCO3↓+ CO32- + 2H2O (2分)
(2)① 漏斗、烧杯、玻棒 (写全得1分)
②MnO2 +ZnS +2H2SO4==MnSO4+ZnSO4+ S↓+2H2O; 8.7 g (各2分)
③ 3MnO2 + 4Al2Al2O3 + 3Mn (2分)
试题分析:(1)①燃烧热指是1mol乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水时放出的热量,故把1g换算成成46g,热量数值乘以46得乙醇的燃烧热;②放电时的反应为充电时的逆反应,放电时正极发生还原反应故NiO(OH)得电子发生还原反应生成Ni(OH)2;③根据两者水解程度的大小判断溶液pH的大小;水解是微弱的,碳酸钠溶液中主要存在的阴离子是碳酸根离子,碳酸根离子发生第一步水解生成碳酸氢根离子和氢氧根离子,碳酸氢根离子再发生水解生成碳酸分子和氢氧根离子,故C(CO32-)﹥C(OH-)﹥C(HCO3-);氢氧化钡溶液是少量的,可假设氢氧化钡的物质的量为1mol,2mol的OH-消耗2mol的HCO3-生成2mol的CO32-,1mol的钡离子只和1mol的碳酸根离子反应生成1mol的碳酸钡沉淀,故Ba2+ + 2OH- + 2HCO3- =BaCO3↓+ CO32- + 2H2O;(2)①操作Ⅰ是过滤,故需要漏斗做成过滤器、烧杯、玻璃棒引流;②反应物为MnO2和ZnS,产物MnSO4+ZnSO4,故二氧化锰发生了还原反应,发生氧化反应的是负二价的硫,氧化后生成不溶水的硫单质,故为MnO2 +ZnS +2H2SO4==MnSO4+ZnSO4+ S↓+2H2O;根据信息联合生产二氧化锰、锌,故阴极生成6.5g的锌,物质的量为0.1mol,转移电子的物质的量为0.2mol,当MnSO4得到0.2mol电子时生成0.1mol的MnO2,故质量为8.7g;③根据铝热反应得铝和二氧化锰高温下反应生成锰单质和氧化铝;
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