【題目】硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品,接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=98 kJ·mol1;卮鹣铝袉栴}:
(1)釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖所示,V2O5(s)與SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學(xué)方程式為:_________。
(2)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時(shí),在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強(qiáng)下,SO2平衡轉(zhuǎn)化率α 隨溫度的變化如圖所示。反應(yīng)在5.0MPa、550℃時(shí)的α=__________,判斷的依據(jù)是__________。影響α的因素有__________。
(3)將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的氣體通入反應(yīng)器,在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時(shí),若SO2轉(zhuǎn)化率為α,則SO3壓強(qiáng)為___________,平衡常數(shù)Kp=___________(以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(4)研究表明,SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為:v=k(1)0.8(1nα')。式中:k為反應(yīng)速率常數(shù),隨溫度t升高而增大;α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率,α'為某時(shí)刻SO2轉(zhuǎn)化率,n為常數(shù)。在α'=0.90時(shí),將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲線,如圖所示。
曲線上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱為該α'下反應(yīng)的最適宜溫度tm。t<tm時(shí),v逐漸提高;t>tm后,v逐漸下降。原因是__________________________。
【答案】2V2O5(s)+ 2SO2(g) 2VOSO4(s)+ V2O4(s) H= -351 kJmol-1 0.975 該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少,增大壓強(qiáng),α提高。所以,該反應(yīng)在550℃、壓強(qiáng)為5.0MPa>2.5MPa=p2的,所以p1=5.0MPa 反應(yīng)物(N2和O2)的起始濃度(組成)、溫度、壓強(qiáng) 升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t<tm,k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低;當(dāng)t>tm,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低
【解析】
根據(jù)蓋斯定律,用已知的熱化學(xué)方程式通過一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算,可以求出目標(biāo)反應(yīng)的反應(yīng)熱;根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響,分析圖中數(shù)據(jù)找到所需要的數(shù)據(jù);根據(jù)恒壓條件下總壓不變,求出各組分的分壓,進(jìn)一步可以求出平衡常數(shù);根據(jù)題中所給的速率公式,分析溫度對(duì)速率常數(shù)及二氧化硫的轉(zhuǎn)化率的影響,進(jìn)一步分析對(duì)速率的影響。
(1)由題中信息可知:
①SO2(g)+O2(g)SO3(g) H= -98kJmol-1
②V2O4(s)+ SO3(g)V2O5(s)+ SO2(g) H2= -24kJmol-1
③V2O4(s)+ 2SO3(g)2VOSO4(s) H1= -399kJmol-1
根據(jù)蓋斯定律可知,③-②2得2V2O5(s)+ 2SO2(g) 2VOSO4(s)+ V2O4(s),則H= H1-2H2=( -399kJmol-1)-( -24kJmol-1)2= -351kJmol-1,所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:2V2O5(s)+ 2SO2(g) 2VOSO4(s)+ V2O4(s) H= -351 kJmol-1;
(2) SO2(g)+O2(g)SO3(g),該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)減少的放熱反應(yīng),故增大壓強(qiáng)可以使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。因此,在相同溫度下,壓強(qiáng)越大,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大,所以,該反應(yīng)在550℃、壓強(qiáng)為5.0MPa條件下,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率一定高于相同溫度下、壓強(qiáng)為2.5MPa的,因此,p1=5.0MPa,由圖中數(shù)據(jù)可知,α=0.975。影響α的因素就是影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素,主要有反應(yīng)物(N2和O2)的濃度、溫度、壓強(qiáng)等。
(3)假設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100mol,則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2m mol、m mol和q mol,2m+m+q=3m+q=100,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為α,則有下列關(guān)系:
平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為n(總)= 2m(1-α)+m(1-α)+2mαmol+q mol,則SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為。該反應(yīng)在恒壓容器中進(jìn)行,因此,SO3的分壓p(SO3)=,p(SO2)=,p(O2)=,在該條件下,SO2(g)+ O2(g)2SO3(g) 的Kp=。
(4) 由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高后α降低。由題中信息可知,v=,升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t<tm,k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低;當(dāng)t>tm,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)研究Na2O2與水的反應(yīng)。
操作 | 現(xiàn)象 |
向盛有少量Na2O2的試管中加入蒸餾水,得到溶液a | 反應(yīng)劇烈,產(chǎn)生能使帶火星木條復(fù)燃的氣體 |
然后向溶液a中滴入兩滴酚酞 | 溶液先變紅,再逐漸變淺,約10分鐘溶液變?yōu)闊o色 |
為了探究溶液變?yōu)闊o色的原因,該同學(xué)按照科學(xué)的程序,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):
(推理與假設(shè))
Na2O2與H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式_____。向溶液a中滴加酚酞本應(yīng)只會(huì)變紅,而實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)酚酞變紅后又褪色。由此提出如下的假設(shè):
假設(shè)A:O2有漂白性 假設(shè)B:NaOH有漂白性 假設(shè)C:O2和NaOH共同作用有漂白性
(實(shí)驗(yàn)與觀察)
(2)請(qǐng)完成下表:
實(shí)驗(yàn)編號(hào) | 1 | 2 | 3 |
實(shí)驗(yàn)裝置 | |||
實(shí)驗(yàn)假設(shè) (填“A”、“B”或“C”) | 假設(shè)_____ | 假設(shè)____ | 假設(shè)__ |
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 | 溶液變紅后10分鐘均無變化 | ||
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 | _____ |
(查閱資料)
該同學(xué)查閱資料:H2O2是一種在堿性條件下不穩(wěn)定、具有漂白性的物質(zhì)。
(推理與假設(shè))
該同學(xué)認(rèn)為褪色的原因可能是溶液a中存在H2O2,H2O2漂白了酚酞。
(實(shí)驗(yàn)與觀察)
(3)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了H2O2的存在:取少量溶液a,加入黑色粉末____(填化學(xué)式),快速產(chǎn)生了能使帶火星木條復(fù)燃的氣體。該同學(xué)進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了溶液a中滴入酚酞后,H2O2與酚酞發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)方案:取少量溶液a于試管中,_____。
(解釋與結(jié)論)
(4
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】現(xiàn)有以下幾種有機(jī)物:
① ② ③ ④ ⑤
⑥ ⑦ ⑧ ⑨
請(qǐng)利用上述給出的物質(zhì)按要求回答下列問題:
(1)③的系統(tǒng)命名是________。
(2)用“>”表示①③④⑧熔沸點(diǎn)高低順序:________(填序號(hào))。
(3)與③互為同系物的是________(填序號(hào))。
(4)⑨的一氯代物同分異構(gòu)體數(shù)目有________種。
(5)在120℃,條件下,某種氣態(tài)烴與足量的完全反應(yīng)后,測(cè)得反應(yīng)前后氣體的體積沒有發(fā)生改變,則該烴是________(填序號(hào))。
(6)寫出⑥在鐵作催化劑的條件下與液溴發(fā)生取代反應(yīng)的化學(xué)方程式________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下圖裝置中X和Y均為石墨電極,電解液為500mL某CuCl2溶液,電解時(shí)X電極表面有紅色固體生成,Y電極有氣體產(chǎn)生。一段時(shí)間后,取出X電極,洗滌、干燥、稱量,電極增重1.6g。下列有關(guān)說法中正確的是
A. X電極連接電源正極
B. 生成氣體體積為0.56L
C. Y電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
D. 該CuCl2溶液濃度為0.05mol/L
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下面是你熟悉的物質(zhì):
、金剛石、
這些物質(zhì)中,只含離子鍵的是______
既含共價(jià)鍵又含離子鍵的是______
如果將溶于水,破壞了中化學(xué)鍵的類型為______。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】通常人們把拆開1 mol某化學(xué)鍵所消耗的能量看成該化學(xué)鍵的鍵能。鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱,也可用于估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(△H),化學(xué)反應(yīng)的△H等于反應(yīng)物的總鍵能與生成物的總鍵能之差。
化學(xué)鍵 | Si—O | Si—Cl | H—H | H—Cl | Si—Si | Si—C |
鍵能/kJ·mol-1 | 46 | 360 | 436 | 431 | 176 | 347 |
工業(yè)上高純硅可通過下列反應(yīng)制取:SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g),該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H為 ( )
A.+412 kJ·mol-1B.-412 kJ·mol-1
C.+236 kJ·mol-1D.-236 kJ·mol-1
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】一種由短周期主族元素組成的化合物(如圖所示),具有良好的儲(chǔ)氫性能,其中元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大、且總和為24。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是
A.該化合物中,W、X、Y之間均為共價(jià)鍵
B.Z的單質(zhì)既能與水反應(yīng),也可與甲醇反應(yīng)
C.Y的最高化合價(jià)氧化物的水化物為強(qiáng)酸
D.X的氟化物XF3中原子均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】氮氧化物進(jìn)入大氣后,不僅會(huì)形成硝酸型酸雨,還可能形成光化學(xué)煙霧,因此必須對(duì)含有氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理。
(1)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物,反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:
NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O ①
2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O ②
在反應(yīng)①中,氧化劑是___,還原劑是___。在反應(yīng)②中,氧化劑是__,還原劑是__。
(2)汽車尾氣中含有二氧化氮和一氧化碳,消除這兩種物質(zhì)對(duì)大氣污染的方法是安裝催化轉(zhuǎn)化器,使它們發(fā)生反應(yīng)生成氮?dú)夂投趸,該反?yīng)的化學(xué)方程式為___。
(3)氨氣亦可用來處理氮氧化物。例如,氨氣與二氧化氮發(fā)生如下反應(yīng):6NO2+8NH3=7N2+12H2O。若某工廠排出的尾氣中二氧化氮含量為0.5%(體積分?jǐn)?shù)),處理1×103m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)這種尾氣,需要多少千克氨氣___?
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】如圖為實(shí)驗(yàn)室制取純凈、干燥的氯氣,并驗(yàn)證氯氣性質(zhì)的裝置。其中E瓶放有干燥紅色布條;F中為紅色的銅網(wǎng),其右端出氣管口放有脫脂棉。
(1)裝置C中盛裝的溶液是____________,D中試劑的作用是____________________。
(2)E中的紅色布條是否褪色?____(填“是”或“否”),寫出F中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式:____________________,其反應(yīng)現(xiàn)象為__________________________。
(3)H中的試劑為___________,用來吸收多余氯氣。工業(yè)上常用廉價(jià)的石灰乳吸收工業(yè)氯氣尾氣制得漂白粉,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________。
(4)8.7gMnO2固體與足量濃鹽酸充分反應(yīng),在標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生Cl2的體積為_____L;其中被氧化的HCl的物質(zhì)的量為_______mol。
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