【題目】合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大突破,2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(P·Haber)獲得諾貝爾獎(jiǎng)100周年
(1)合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g),已知298K時(shí):ΔH=-92.2kJ/mol,ΔS=-198.2J/(K·mol),則根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析,常溫下合成氨反應(yīng)____(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)研究表明,在特定條件下,合成氨反應(yīng)的速率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式如下,v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3),k為速率常數(shù),請(qǐng)根據(jù)該關(guān)系式分析,如果想增大合成氨反應(yīng)的速率,從濃度的角度可以采用的措施為________。根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn),請(qǐng)?jiān)僬f出一項(xiàng)能夠提高合成氨反應(yīng)速率的措施_________。
(2)研究表明,在Fe催化劑作用下合成氨的反應(yīng)歷程為(*表示吸附態(tài)):
化學(xué)吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*;
表面反應(yīng):N*+H*NH*;NH*+H*NH2*;NH2*+H*NH3*
脫 附:NH3*NH3(g)
其中,N2的吸附分解反應(yīng)速率慢,解決了合成氨的整體反應(yīng)速率。
實(shí)際生產(chǎn)中,合成氨常用工藝條件:Fe作催化劑,控制溫度773K,壓強(qiáng)3.0×107Pa,原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為1:2.8。請(qǐng)回答:
①分析說明原料中N2過量的理由____________。
②近年來,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳平研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近二十年的積累,先后在催化劑分解、催化氨合成、化學(xué)鏈合成氨等方面取得重要進(jìn)展。關(guān)于合成氨工藝的下列理解,正確的是______。
A.人們對(duì)合成氨研究的重要目的之一是要實(shí)現(xiàn)氨的低溫高效合成
B.控制溫度(773K)遠(yuǎn)于室溫,是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率
C.陳平團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了具有優(yōu)異低溫活性的LiH-3d過渡金屬這一復(fù)合催化劑體系,它可以大大提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率
D.N2的吸附分解反應(yīng)活化能高,是合成氨反應(yīng)條件苛刻的重要原因
E.陳平團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一條基于可再生能源的化學(xué)鏈合成氨工藝流程,可以顯著提高能效
(3)若N2和H2生成NH3的反應(yīng)為:N2(g)+H2(g)NH3(g),的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),其中為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1×105Pa),、和為各組分的平衡分壓,如P(NH3)=x(NH3) P,P為平衡總壓,x(NH3)為平衡系統(tǒng)中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。
①N2和H2起始物質(zhì)的量之比為1:3,反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行,NH3的平衡產(chǎn)率為,則_________(用含的最簡式表示)
②根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)隨溫度T升高而逐漸______(填“增大”或“減小”)。
(4)希臘兩位科學(xué)家曾經(jīng)采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質(zhì),用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶體薄膜做電極,實(shí)現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨(裝置如圖)。鈀電極A為______極(填“陰”或“陽”),該極上的電極反應(yīng)式是___________。
【答案】能 增加原料氣濃度(加壓)或及時(shí)將氨氣移走 使用合適的催化劑或者升高反應(yīng)溫度 原料氣中N2相對(duì)易得,適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率,N2在Fe催化劑上的吸附是決定速率的步驟,適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率 ADE 減小 陰 N2+6e-+6H+=2NH3
【解析】
(1)根據(jù)△G=△H-T△S<0,反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行,若△G>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行判斷;根據(jù)在其他條件不變時(shí),增大濃度、升高溫度等影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析判斷;
(2) ①從原料獲得的難易及平衡移動(dòng)角度分析N2過量的原因;
②從研究目的、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)角度、催化劑的活性、物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化率等角度分析判斷;
(3)①用平衡三段式法計(jì)算;
(4)根據(jù)圖示可知H2在鈀電極B上失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),N2在鈀電極A上獲得電子,發(fā)生還原反應(yīng)分析。
(1)△G=△H-T△S=-92.2kJ/mol -298K×[-198.2J/(K·mol)]= -92.2kJ/mol+59.0636kJ/mol=-33.14kJ/mol<0,所以反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是有氣體參加的反應(yīng),所以在其它條件不變時(shí),增大原料氣的濃度(或增大壓強(qiáng))化學(xué)反應(yīng)速率加快,也可以在在其它條件不變時(shí),通過減小生成物的濃度(即將氨氣及時(shí)移走)也可以增大合成氨反應(yīng)的速率;合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng),可以提高反應(yīng)速率的措施還有如使用催化劑、或升高反應(yīng)體系的溫度等;
(2)①反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中n(N2):n(H2)=1:3,而實(shí)際加入兩種原料氣時(shí)n(N2):n(H2)=1:2.8>1:3,加入的N2過量是由于原料氣中N2相對(duì)易得,可以降低生產(chǎn)成本,而且該反應(yīng)是可逆反應(yīng),在其它條件不變時(shí),增大反應(yīng)物的濃度,化學(xué)平衡正向移動(dòng),氮?dú)膺m度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率,N2在Fe催化劑上的吸附是決定速率的步驟,適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率;
②A.用該方法合成氨氣目的是研究反應(yīng)原理,盡可能從理論上實(shí)現(xiàn)氨的低溫高效合成,降低氨的生產(chǎn)成本,為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、創(chuàng)收,A正確;
B.合成氨氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng),控制合成氨氣的溫度(773K)遠(yuǎn)于室溫,是因?yàn)樵谠摐囟认麓呋瘎┑幕钚宰畲,而且溫度高,可以適當(dāng)加快反應(yīng)速率,但溫度高不利于平衡正向移動(dòng),B錯(cuò)誤;
C.催化劑可以加快反應(yīng)速率,但不能使平衡發(fā)生移動(dòng),因此不能改變物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化率,C錯(cuò)誤;
D.N2的吸附分解反應(yīng)活化能高,反應(yīng)就難以發(fā)生,所以導(dǎo)致合成氨反應(yīng)條件高,是合成氨氣苛刻的重要原因,D正確;
E.陳平團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一條基于可再生能源的化學(xué)鏈合成氨工藝流程,就可以提高原料利用率,降低成本,從而可以顯著提高能效,E正確;
故合理選項(xiàng)是ADE;
(3)①合成氨的反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g)
起始量(mol) 1 3 0
變化量(mol) ω 3ω 2ω
平衡量(mol) 1-ω 3-3ω 2ω
x(NH3)%=;x(N2)%=;x(H2)=;
,化簡整理可得;
②合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度T升高,化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng),所以標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)減;
(4)根據(jù)圖示可知H2在鈀電極B上失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),所以B電極為陽極,H2-2e-=2H+;N2在鈀電極A上獲得電子,所以A電極為陰極,N2獲得電子變?yōu)?/span>N3-,并與H+結(jié)合形成NH3,所以陰極的電極反應(yīng)式為:N2+6e-+6H+=2NH3。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】通過海水晾曬可得粗鹽,粗鹽除NaCl外,還含有CaCl2、MgCl2、Na2SO4以及泥沙等雜質(zhì),以下是制備精鹽的實(shí)驗(yàn)方案,步驟如下圖:
(1)第②步操作的目的是除去粗鹽中的______________;( 填化學(xué)式,下同)
(2)圖中“沉淀”的成分是:____________、_____________、____________、_____________;
(3)第④步操作的目的是除去________________、_________________;寫出相應(yīng)的離子反應(yīng)方程式:_______________________;_________________________;
(4)第⑥步操作的目的是_________________________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】HCl的相對(duì)分子質(zhì)量為_________,HCl的摩爾質(zhì)量為__________。49 g H2SO4的物質(zhì)的量為 ____________;它與 _______gH2O含相同氧原子;與________L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的CO2 相同分子數(shù);與_____________個(gè)CO含相同氧原子數(shù)。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】A、B、D和E四種元素均為短周期元素,原子序數(shù)逐漸增大。A元素原子的核外電子數(shù)、電子層數(shù)和最外層電子數(shù)均相等。B、D、E三種元素在周期表中相對(duì)位置如圖①所示,只有E元素的單質(zhì)能與水反應(yīng)生成兩種酸。甲、乙、M、W、X、Y、Z七種物質(zhì)均由A、B、D三種元素中的一種或幾種組成,其中只有M分子同時(shí)含有三種元素;W為N2H4,可做火箭燃料;甲、乙為非金屬單質(zhì);X分子中含有10個(gè)電子。它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖②所示。
圖①圖②
回答下列問題:
(1)甲和乙生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12 L Y,吸收9.025 kJ熱量,寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:________。
(2)一定量E的單質(zhì)與NaOH溶液恰好完全反應(yīng)后,所得溶液的pH__7(填“大于”“等于”或“小于”),原因是____(用離子方程式表示)。
(3)W-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池,電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液。W-空氣燃料電池放電時(shí),正極反應(yīng)式為_____,負(fù)極反應(yīng)式為______。
(4)將一定量的A2、B2混合氣體放入1 L密閉容器中,在500 ℃、2×107 Pa下達(dá)到平衡。測(cè)得平衡氣體的總物質(zhì)的量為0.50 mol,其中A2為0.3 mol,B2為0.1 mol。則該條件下A2的平衡轉(zhuǎn)化率為____,該溫度下的平衡常數(shù)為____。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法正確的是
A. 標(biāo)準(zhǔn)狀況下,2.24L Cl2溶于水或NaOH溶液中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)均為0.1NA
B. 常溫常壓下,18g H2O含有的氫原子總數(shù)為NA
C. 2.3g鈉在足量的氧氣中燃燒,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.1NA
D. 0.1mol CH3OH中所含C-H鍵的數(shù)目為0.4NA
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【題目】下列反應(yīng)的離子方程式正確的是
A. Ba(HCO3)2溶液與少量的NaOH溶液反應(yīng):Ba2++HCO+OH-=BaCO3↓+H2O
B. 次氯酸鈣溶液中通入過量的二氧化碳 Ca2++2ClO-+H2O+CO2=CaCO3↓+2HClO
C. 用氨水吸收少量二氧化硫 OH-+SO2=HSO3-
D. 硫酸與氫氧化鋇溶液反應(yīng):Ba2++SO42-=BaSO4↓
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【題目】已知X、Y、Z都是元素周期表中前四周期的元素,他們的原子序數(shù)依次增大,并且不在同一個(gè)周期。元素X的原子核外有8個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。元素Y基態(tài)原子的最外電子層沒有空軌道,而且成對(duì)電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)的2倍。元素Z基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子,且最外層電子數(shù)為2。
(1)基態(tài)X原子的核外電子排布圖(軌道表達(dá)式)為_________,X的氫化物在乙醇中的溶解度大于Y的氫化物,其原因是________________________。
(2)X與Y形成的固體YX3中存在(a)所示的三聚分子,該分子中Y原子的雜化軌道類型為_______。基態(tài)Y原子中,核外能級(jí)最高的原子軌道上,具有的電子數(shù)為______。
(3)X與Y還可以形成YX42-離子,YX42-的空間構(gòu)型為_________,寫出一種與YX42-互為等電子體的分子的化學(xué)式________。
(4)Z與Y的離子形成化合物晶體的晶胞如圖(b)所示。在晶胞中,Z離子的配位數(shù)為_________,該化合物的化學(xué)式為______。
(5)Z的氯化物與氨水反應(yīng)可形成配合物[Z(NH3)4]Cl2,1mol該配合物中含有鍵的數(shù)目為_______。
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【題目】乙烯是一種重要的基礎(chǔ)化工原料,在一定條件下可發(fā)生下列轉(zhuǎn)化:
請(qǐng)根據(jù)題意填空:
(1)CH3COOH的官能團(tuán)為________(填“羥基”或“羧基”);
(2)既能使溴水褪色,又能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的是________(填“A”或“B”);
(3)完成B→C的化學(xué)方程式:2CH3CH2OH+O22CH3CHO+__________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列關(guān)于Na2CO3固體和NaHCO3固體性質(zhì)的有關(guān)敘述中正確的是( )
A.在水中溶解性:Na2CO3>NaHCO3
B.熱穩(wěn)定性:Na2CO3<NaHCO3
C.與相同濃度的鹽酸反應(yīng)的速度:Na2CO3>NaHCO3
D.配成溶液后分別測(cè)定pH,碳酸鈉溶液呈堿性,碳酸氫鈉溶液呈酸性
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