【題目】請運用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)。
(1)我國儲氫納米碳管研究取得重大進(jìn)展,用電弧法合成的碳納米管中常伴有碳納米顆粒(雜質(zhì)),這種碳納米顆粒可用氧化后氣化的方法提純,其除雜質(zhì)過程為把雜質(zhì)用熱的重鉻酸鉀(K2Cr2O7)酸性溶液浸泡發(fā)生反應(yīng),溶液逐漸變成淺綠色(Cr3+),同時產(chǎn)生使澄清石灰水變渾濁的氣體,寫出反應(yīng)的離子方程式:____________________________________________。
(2)焦炭可用于制取水煤氣。測得24g碳與水蒸氣完全反應(yīng)生成水煤氣時,吸收了263.2kJ熱量。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________________________。
(3)甲醇是一種新型燃料,甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1。
①下列措施有利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的是___________(填序號)。
A.及時將CH3OH與反應(yīng)混合物分離 B.降低反應(yīng)溫度
C.減小體系壓強(qiáng) D.使用高效催化劑
②乙醇電池具有很高的實用價值。如右圖所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀,具有自動吹氣流量偵測與控制的功能,非常適合進(jìn)行現(xiàn)場酒精檢測。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為_________________________________。
③已知:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ·mol-1
H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H3=? kJ·mol-1
1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時放出熱量651kJ,則△H3=________________。
④在容積為1L的恒容容器中,分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律,如圖是上述三種溫度下不同的H2和CO的起始組成比(起始時CO的物質(zhì)的量均為1mol)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。請回答下列問題:
(i)在上述三種溫度中,曲線X對應(yīng)的溫度是______________________。
(ii)利用圖中a點對應(yīng)的數(shù)據(jù),計算出曲線Z在對應(yīng)溫度下CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=___________。
(4)CO2經(jīng)常用氫氧化鈉溶液來吸收,現(xiàn)有0.2moCO2,若用100mL3 mol/LNaOH溶液將其完全吸收,溶液中離子濃度由大到小的順序為______________________。
【答案】2Cr2O72-+ 3C+16H+=4Cr3++3CO2↑+8H2O C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.6kJ/mol AB CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+ -242kJmol-1 230℃ 4 c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)
【解析】
(1)使澄清石灰水變渾濁的氣體是CO2,反應(yīng)中碳元素化合價由0價升高到+4價,Cr元素從+6價降低到+3價,所以Cr2O72-作氧化劑,對應(yīng)產(chǎn)物Cr3+,C作還原劑,對應(yīng)產(chǎn)物CO2,要使氧化劑得到電子總數(shù)等于還原劑失去電子總數(shù),則C系數(shù)為3,Cr2O72-系數(shù)為2,根據(jù)原子守恒和電荷守恒,反應(yīng)的離子方程式為2Cr2O72-+ 3C+16H+=4Cr3++3CO2↑+8H2O。
(2)24g碳的物質(zhì)的量為2mol,與水蒸氣完全反應(yīng)生成水煤氣(CO、H2),吸收了263.2kJ熱量。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.6kJ/mol。
(3)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1;
A.及時將CH3OH與反應(yīng)混合物分離,使得平衡正向移動,有利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率;
B.該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),降低反應(yīng)溫度,平衡正向移動,有利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率; C.減小體系壓強(qiáng),平衡逆向移動,不利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率;
D.使用高效催化劑,不能使平衡移動,故反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變;
②乙醇燃料電池中,負(fù)極上乙醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成CH3COOH,負(fù)極反應(yīng)式為CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+。
③1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時放出熱量651kJ,可知④CH3OH(g)+3/2 O2(g)= CO2(g)+2H2O(g),△H=-651kJ·mol-1,根據(jù)反應(yīng)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1,②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律,(④+①-②)/2,可得H2(g)+ O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJmol-1。
④(i)根據(jù)反應(yīng)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1,是放熱反應(yīng),溫度越低,轉(zhuǎn)化率越高,所以曲線X對應(yīng)的溫度是230℃。
(ii) a點時,CO的轉(zhuǎn)化率為50%,反應(yīng)消耗了1mol×50%=0.5molCO,消耗氫氣1mol,生成0.5mol甲醇,剩余0.5molCO,n(H2)=0.5mol, a點平衡時各組分的濃度是c(CH3OH)=0.5mol/L,c(CO)=0.5mol/L,c(H2)=0.5mol/L,則K= c(CH3OH)/ [c(CO) c2(H2)]==4。
(4)根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應(yīng)量的關(guān)系:按照1:1反應(yīng),產(chǎn)物是碳酸氫鈉,按照1:2反應(yīng),產(chǎn)物是碳酸鈉,0.2moCO2和100mL3 mol/LNaOH溶液混合,二者的物質(zhì)的量之比為2:3,所以溶液是物質(zhì)的量濃度相等的碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合液,混合液顯堿性,c(OH-)>c(H+);由于碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子的水解程度,所以c(HCO3-)>c(CO32-),即c(Na+)>c(HCO3-)>c (CO32-)>c(OH-)>c(H+)。
(1)使澄清石灰水變渾濁的氣體是CO2,反應(yīng)中碳元素化合價由0價升高到+4價,Cr元素從+6價降低到+3價,所以Cr2O72-作氧化劑,對應(yīng)產(chǎn)物Cr3+,C作還原劑,對應(yīng)產(chǎn)物CO2,要使氧化劑得到電子總數(shù)等于還原劑失去電子總數(shù),則C系數(shù)為3,Cr2O72-系數(shù)為2,根據(jù)原子個數(shù)守恒,反應(yīng)的離子方程式為2Cr2O72-+ 3C+16H+=4Cr3++3CO2↑+8H2O,故答案為:2Cr2O72-+ 3C+16H+=4Cr3++3CO2↑+8H2O。
(2)24g碳的物質(zhì)的量為2mol,與水蒸氣完全反應(yīng)生成水煤氣(CO、H2),吸收了263.2kJ熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.6kJ/mol,故答案為:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.6kJ/mol。
(3)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1,
A.及時將CH3OH與反應(yīng)混合物分離,使得平衡正向移動,有利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,故A正確;
B.該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),降低反應(yīng)溫度,平衡正向移動,有利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,故B正確;
C.減小體系壓強(qiáng),平衡逆向移動,不利于提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,故C錯誤;
D.使用高效催化劑,不能使平衡移動,故反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變,故D錯誤;
故選AB。
②乙醇燃料電池中,負(fù)極上乙醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成CH3COOH,負(fù)極反應(yīng)式為CH3CH2OH+H2O-4e-=C3COOH+4H+,故答案為:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+。
③1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時放出熱量651kJ,可知④CH3OH(g)+3/2 O2(g)= CO2(g)+2H2O(g),△H=-651kJ·mol-1,根據(jù)反應(yīng)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1,②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律,(④+①-②)/2,可得H2(g)+ O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJmol-1,故答案為:-242kJmol-1。
④(i)根據(jù)反應(yīng)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ·mol-1,是放熱反應(yīng),溫度越低,轉(zhuǎn)化率越高,所以曲線X對應(yīng)的溫度是230℃,故答案為:230℃。
(ii)a點時,CO的轉(zhuǎn)化率為50%,反應(yīng)消耗了1mol×50%=0.5molCO,消耗氫氣1mol,生成0.5mol甲醇,剩余0.5molCO,n(H2)=0.5mol, a點平衡時各組分的濃度是c(CH3OH)=0.5mol/L,c(CO)=0.5mol/L,c(H2)=0.5mol/L,則K= c(CH3OH)/ [c(CO) c2(H2)]==4,故答案為:4。
(4)根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應(yīng)量的關(guān)系:按照1:1反應(yīng),產(chǎn)物是碳酸氫鈉,按照1:2反應(yīng),產(chǎn)物是碳酸鈉,0.2moCO2和100mL3 mol/LNaOH溶液混合,二者的物質(zhì)的量之比為2:3,所以溶液是物質(zhì)的量濃度相等的碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合液,混合液顯堿性,c(OH-)>c(H+);由于碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子的水解程度,所以c(HCO3-)>c(CO32-),即c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),故答案為:c(Na+)>c(HCO3-)>C(CO32-)>c(OH-)>c(H+)。
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】氧化亞氮(N2O)是一種強(qiáng)溫室氣體,且易轉(zhuǎn)換成顆粒污染物。研究氧化亞氮分解對環(huán)境保護(hù)有重要意義。
(1)污水生物脫氮過程中,在異養(yǎng)微生物催化下,硝酸銨可分解為N2O和另一種產(chǎn)物,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。
(2)已知反應(yīng)2N2O(g)=2N2(g) + O2(g)的ΔH= –163 kJ·mol-1,1molN2(g)、1molO2(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時分別需要吸收945 kJ、498 kJ的能量,則1molN2O(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時需要吸收的能量為________ kJ。
(3)在一定溫度下的恒容容器中,反應(yīng)2N2O(g)=2N2(g) + O2(g)的部分實驗數(shù)據(jù)如下:
反應(yīng)時間/min | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
C(N2O)/mol/L | 0.100 | 0.090 | 0.080 | 0.070 | 0.060 | 0.050 | 0.040 | 0.030 | 0.020 | 0.010 | 0.010 |
①在0~20min時段,反應(yīng)速率v(N2O)為________ mol·L-1·min-1。
②若N2O起始濃度c0為0.150 mol·L-1,則反應(yīng)至30min時N2O的轉(zhuǎn)化率α =__________。比較不同起始濃度時N2O的分解速率:v(c0=0.150 mol·L-1) ________ v(c0=0.100 mol·L-1)(填“>”、“=”或“<”)。
③不同溫度(T)下,N2O分解半衰期隨起始壓強(qiáng)的變化關(guān)系如圖所示(圖中半衰期指任一濃度N2O消耗一半時所需的相應(yīng)時間),則T1________T2(填“>”、“=”或“<”)。當(dāng)溫度為T1、起始壓強(qiáng)為p0,反應(yīng)至t1 min時,體系壓強(qiáng)p =________(用p0表示)。
(4)碘蒸氣存在能大幅度提高N2O的分解速率,反應(yīng)歷程為:
第一步 I2(g) 2I(g) (快反應(yīng))
第二步 I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g) (慢反應(yīng))
第三步 IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I(g) (快反應(yīng))
實驗表明,含碘時N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k為速率常數(shù))。下列表述正確的是________(填標(biāo)號)。
A.N2O分解反應(yīng)中,k(含碘)> k(無碘) B.第一步對總反應(yīng)速率起決定作用
C.第二步活化能比第三步大 D.I2濃度與N2O分解速率無關(guān)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列化學(xué)用語中,正確的是
A. 氯化氫分子的形成過程可用電子式表示為:
B. 16O與 18O的中子數(shù)和核外電子排布均不同
C. 穩(wěn)定性:CH4>SiH4;還原性:HCl>H2S
D. K+、Ca2+、Mg2+的離子半徑依次減小
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列反應(yīng)的離子方程式正確的是
A. 向明礬溶液中加入足量的燒堿溶液: Al3+ + 3OH-= Al(OH)3↓
B. 在含有等物質(zhì)的量的Fe(NO3) 2和KI組成的混合溶液中滴入稀鹽酸:3Fe2+ + 4H+ + NO3-=3Fe3+ + NO↑ + 2H2O
C. 碳酸氫銨溶液中滴加足量的NaOH溶液:HCO3-+ OH-= CO32- + H2O
D. 純堿溶液呈堿性的原因:CO32-+H2OHCO3-+OH-
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2O72-(橙色) 2CrO42-(黃色)+2H+ 。用K2Cr2O7溶液進(jìn)行下列實驗,結(jié)合實驗,下列說法不正確的是( )
A. ①中溶液橙色加深,③中溶液變黃 B. ②中Cr2O72-被C2H5OH還原
C. 若向④中加入70%H2SO4溶液至過量,溶液變?yōu)槌壬?/span> D. 對比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性強(qiáng)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】已知甲為恒壓容器、乙為恒容容器。相同條件下充入等物質(zhì)的量NO2氣體,且起始時體積相同。發(fā)生反應(yīng):2NO2(g)N2O4(g) △H<0。一段時間后均達(dá)到平衡狀態(tài)。下列說法中正確的是
A. 平衡時NO2體積分?jǐn)?shù):甲<乙
B. 達(dá)到平衡所需時間,甲與乙相等
C. 該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=c(N2O4)/c(NO2)
D. 若兩容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變,均說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】(1)下列數(shù)量的各物質(zhì)所含原子數(shù)按由大到小的順序排列是________。
①0.5 mol氨氣
②標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L氦氣
③4 ℃時9 mL水
④0.2 mol磷酸鈉(Na3PO4)
(2)現(xiàn)有m g某氣體,它是三原子分子,其摩爾質(zhì)量為M g·mol-1。若阿伏加德羅常數(shù)用NA表示,請用以上符號及相應(yīng)數(shù)字填寫下列空格。
①該氣體的物質(zhì)的量為________mol。
②該氣體所含原子總數(shù)為________個。
③該氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________L。
④該氣體完全溶于水形成V L溶液(不考慮反應(yīng)),所得溶液的物質(zhì)的量濃度為________mol·L-1。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】一定條件下,在密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2CO(g) C(s)+CO2(g)。
①下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡的是___________。
A.CO和CO2的濃度之比為1∶1
B.CO和CO2的物質(zhì)的量之比不再變化
C.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化
D.形成amolC=O鍵的同時斷裂amolCO鍵
②向某恒容容器中通入一定量的CO發(fā)生上述反應(yīng),在不同溫度下CO2的物質(zhì)的量濃度c(CO2)隨溫度的變化如上圖所示,則該反應(yīng)為________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。
③向容積可變的某恒壓容器中通入amolCO,T℃時反應(yīng)經(jīng)過10min達(dá)平衡,CO的體積分?jǐn)?shù)為75%。CO的平衡轉(zhuǎn)化率為_______。在容積改變的條件下,反應(yīng)速率可用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量變化來表示,則0-10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CO2)=__________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】已知硫酸鈉晶體(Na2SO4·10H2O)中鈉離子數(shù)目3.01×1023,請計算填空:
(1)鈉離子的物質(zhì)的量是_____,硫酸鈉晶體的物質(zhì)的量是______。
(2)所含硫酸根離子的物質(zhì)的量是______,硫酸根離子的數(shù)目是______。
(3)所含結(jié)晶水的物質(zhì)的量是____,所含氧原子的物質(zhì)的量是______。
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