【題目】氮是地球上含量豐富的一種元素,氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。請回答下列問題:
(1)下圖是1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成CO2 和NO過程中的能量變化示意圖,請寫出NO2 和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 _______________________________________。
(2)在0.5 L的密閉容器中,一定量的氮氣和氫氣進行如下化學(xué)反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表:
T/℃ | 200 | 300 | 400 |
K | K1 | K2 | 0.5 |
請回答下列問題:
①試比較K1、K2的大小,K1_________K2(填”>”“=“或”<”)。
②下列各項能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_________(填序號字母)。
a.容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2 b.3v正(N2)= v逆(H2)
c.容器內(nèi)壓強保持不變 d.混合氣體的密度保持不變
③400℃時,反應(yīng)2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)K為______。當(dāng)測得NH3、N2、H2的濃度分別為3 mol L1、2 mol L1、1 mol L1時,則該反應(yīng)的v正(N2)____v逆(N2)(填”>”“=“或”<”)。
(3)在容積為2 L的密閉容器中,充入一定量CO2和H2合成甲醇(CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-58 kJ·mol1),在其他條件不變時,溫度T1、T2對反應(yīng)的影響圖像如圖。
①溫度為T1時,從反應(yīng)到平衡,生成甲醇的平均速率為v(CH3OH)=______mol·L1·min1。
②圖示的溫度T1______T2(填寫“>”、“<”或“=”)。
(4)以甲烷為燃料的新型電池的成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池,下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池的工作原理示意圖。
①B電極的反應(yīng)式為_____________________________________。
②若用該燃料電池作電源,用石墨作電極電解100 mL 1 mol·L1的硫酸銅溶液,當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時,理論上消耗甲烷的體積為_________(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
【答案】NO2(g)+CO(g)= NO(g)+CO2(g) ΔH=234 kJ mol1 > bc 2 > nA /2tA < CH4+4O2-8e =CO2+2H2O 1.12 L
【解析】
(1)由圖可知:NO2和CO反應(yīng)為放熱反應(yīng),1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成CO2 和NO放出234kJ的熱量,據(jù)此寫出熱化學(xué)方程式;
(2)①由△H<0可知,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動,K減;
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征:正逆反應(yīng)速率相等、各組分別濃度不變等來回答;
③400℃時,2NH3(g)N2(g)+3H2(g)與 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系;
計算此時濃度商Qc,若Qc=K,處于平衡狀態(tài),若Qc<K,反應(yīng)向正反應(yīng)進行,若Qc>K,反應(yīng)向逆反應(yīng)進行。
(3)①根據(jù)圖像中數(shù)值用公式v=計算 v(CH3OH);
②用“先拐先平”法分析,圖像中T2先出現(xiàn)拐點,T2反應(yīng)速率快,則T1< T2;
(4)①由陰離子移動方向可以知道B為負(fù)極,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),甲烷被氧化生成二氧化碳和水,A極是正極,該電極上是氧氣得電子的還原反應(yīng);
②開始階段發(fā)生反應(yīng):2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+,銅離子完全放電后,發(fā)生反應(yīng)2H2O2H2↑+ O2↑,當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時,即氫氣與氧氣的體積相等,令氫氣為xmol,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計算,再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算消耗的甲烷。
(1)由圖可知:NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) △H=-234kJ/mol 。
因此,本題正確答案是:NO2(g)+CO(g)= NO(g)+CO2(g) ΔH=234 kJ mol1;
(2)①升高溫度化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。所以升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動。平衡越向逆反應(yīng)方向移動,反應(yīng)的平衡常數(shù)就越小。所以K1 >K2。
因此,本題正確答案是:>;
②a平衡時各物質(zhì)的濃度與起始加入的物質(zhì)的多少有關(guān)。只要平衡時各種物質(zhì)的濃度不變,反應(yīng)就達(dá)到了平衡。錯誤。
b.在任何時刻都有3 v正(N2)= v正(H2),而3v正(N2)= v逆(H2),代入第一個式子可得v正(H2)= v逆(H2)。反應(yīng)達(dá)到平衡。正確。
c.由于容器的容積不變,若反應(yīng)達(dá)到平衡,各種物質(zhì)的物質(zhì)的量不變,容器內(nèi)壓強也保持不變 。正確。
d.反應(yīng)無論進行到什么程度,質(zhì)量都不會發(fā)生變化,那么任何時刻混合氣體的密度都保持不變。所以不能根據(jù)容器的容積不變來判斷反應(yīng)達(dá)到平衡。錯誤。
因此,本題正確答案是:bc;
③400℃時,2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)和反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的化學(xué)平衡常數(shù)互為倒數(shù)。即為2。
由于濃度商Qc===<0.5,所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動。即v正(N2)>v逆(N2)。
因此,本題正確答案是:2 ;> ;
(3)①根據(jù)圖像,溫度為T1時,從反應(yīng)到平衡反應(yīng)生成CH3OH的物質(zhì)的量為nAmol,生成甲醇的平均速率v(CH3OH)== nA /2tA mol·L1·min1;
因此,本題正確答案是:nA /2tA;
②用“先拐先平”法分析,圖像中T2先出現(xiàn)拐點,T2反應(yīng)速率快,根據(jù)溫度對反應(yīng)速率的影響知:T1< T2;
因此,本題正確答案是:<;
(4)①由陰離子移動方向可以知道B為負(fù)極,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),甲烷被氧化生成二氧化碳和水,電極的反應(yīng)式為CH4+4O2-8e =CO2+2H2O ,A極是正極,該電極上是氧氣得電子的還原反應(yīng);
因此,本題正確答案是:CH4+4O2-8e =CO2+2H2O;
②硫酸銅的物質(zhì)的量=0.1L×1mol/L=0.1mol,開始階段發(fā)生反應(yīng):2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+,銅離子完全放電后,發(fā)生反應(yīng)2H2O2H2↑+ O2↑,當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時,即氫氣與氧氣的體積相等,令氫氣為xmol,
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,則:0.1mol×2+2x=4x,解得x=0.1,
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,可以知道消耗甲烷的物質(zhì)的量==0.05mol,
故消耗甲烷的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L,
因此,本題正確答案是:1.12L。
科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】國內(nèi)某科技研究小組首次提出一種新型的Li+電池體系,原理示意圖如下。該體系正極采用含有I-、Li+的水溶液,負(fù)極采用固體有機聚合物,電解質(zhì)溶液采用LiNO3溶液,聚合物陽離子交換膜作為隔膜將液態(tài)正極和固態(tài)負(fù)極分隔開(已知在水溶液中呈黃色)。下列有關(guān)判斷正確的是
A. 左圖是原電池工作原理圖
B. 放電時,Li+從右向左通過聚合物離子交換膜
C. 放電時,正極區(qū)電解質(zhì)溶液的顏色變深
D. 充電時,陰極的電極反應(yīng)式為:
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】25℃時,Fe(OH)2和Cu(OH)2的飽和溶液中,金屬陽離子的物質(zhì)的量濃度的負(fù)對數(shù)[-lgc(M2+)]與溶液pH的變化關(guān)系如圖所示,已知該溫度下Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2]。下列說法正確的是
A. 曲線a表示Fe(OH)2飽和溶液中的變化關(guān)系
B. 除去CuSO4溶液中含有的少量Fe2+,可加入適CuO
C. 當(dāng)Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存時,溶液中c(Fe2+):c(Cu2+)=104.6 :1
D. 向X點對應(yīng)的飽和溶液中加入少量NaOH固體,可轉(zhuǎn)化為Y點對應(yīng)的溶液
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】巧妙的實驗設(shè)計有助于更好地解決問題。下列裝置不能達(dá)到實驗?zāi)康牡氖?/span>
A. 用裝置甲驗證HCl氣體易溶于水
B. 用裝置乙驗證SO2具有漂白性
C. 用裝置丙采集到的壓強數(shù)據(jù)判斷鐵釘發(fā)生析氫腐蝕還是吸氧腐蝕
D. 用裝置丁檢驗NH4Cl分解產(chǎn)生的氣體
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】已知某高能鋰離子電池的總反應(yīng)為:2Li+FeS= Fe +Li2S,電解液為含LiPF6.SO(CH3)2的有機溶液(Li+可自由通過)。某小組以該電池為電源電解廢水并獲得單質(zhì)鎳,工作原理如圖所示。
下列分析正確的是
A. 該鋰離子電池正極反應(yīng)為FeS+2Li++2e-=Fe +Li2S
B. X與電池的Li電極相連
C. 電解過程中c(BaC12)保持不變
D. 若去掉陽離子膜將左右兩室合并,則X電極的反應(yīng)不變
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】甲烷是最簡單的烴,是一種重要的化工原料。
(1)以甲烷為原料,有兩種方法合成甲醇:
方法Ι:①CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) △H1=-35.4kJ/mol
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2 =-90.1kJ/mol
方法Ⅱ: ③2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g) △H3 =______kJ/mol
(2)在密閉容器中充入2molCH4 (g) 和1molO2 (g),在不同條件下反應(yīng):2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)。實驗測得平衡時甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強的變化如圖所示。
①P1時升高溫度,n(CH3OH)_______________(填“增大”、“減小”或“不變”);
②E、F、N點對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率由大到小的順序為____________(用V(E)、V(F)、V(N)表示);
③下列能提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的措施是_______________(填序號)
a.選擇高效催化劑 b.增大投料比 c.及時分離產(chǎn)物
④若F點n (CH3OH)=1mol,總壓強為2.5MPa,則T0時F點用分壓強代替濃度表示的平衡常數(shù)Kp=_____________________ ;
(3)使用新型催化劑進行反應(yīng)2CH4(g)+O2 (g)2CH3OH(g)。隨溫度升高CH3OH的產(chǎn)率如圖所示。
①CH3OH的產(chǎn)率在T1至T2時很快增大的原因是______________;
②T2后CH3OH產(chǎn)率降低的原因可能是__________________。
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【題目】亞氯酸鈉常用作漂白劑。某化學(xué)小組設(shè)計實驗制備亞氯酸鈉,并進行雜質(zhì)分析。
實驗I 按圖裝置制備NaC1O2晶體
已知:①C1O2為黃綠色氣體,極易與水反應(yīng)。
②NaC1O2飽和溶液在低于38℃時析出NaC1O2·3H2O晶體,高于38℃時析出NaC1O2晶體,溫度高于60℃時NaC1O2分解生成NaC1O3和NaCl。
(1)裝置A中b儀器的名稱是____;a中能否用稀硫酸代替濃硫酸____(填“能”或“不能”),原因是____。
(2)A中生成C1O2的化學(xué)反應(yīng)方程式為____。
(3)C中生成NaC1O2時H2O2的作用是____;為獲得更多的NaC1O2,需在C處添加裝置進行改進,措施為____。
(4)反應(yīng)后,經(jīng)下列步驟可從C裝置的溶液中獲得NaC1O2晶體,請補充完善。
i.55℃時蒸發(fā)結(jié)晶 ii.__________ ii.用40℃熱水洗滌 iv.低于60℃干燥,得到成品
實驗Ⅱ 樣品雜質(zhì)分析
(5)上述實驗中制得的NaC1O2晶體中還可能含有少量中學(xué)常見的含硫鈉鹽,其化學(xué)式為____,實驗中可減少該雜質(zhì)產(chǎn)生的操作(或方法)是____(寫一條)。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】肼(N2H4)/空氣燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高,裝置如圖所示。電池放電時,電流由銅極經(jīng)外電路流向鉑極。下列說法錯誤的是( )
A.在銅極區(qū)填充空氣
B.放電過程中,OH-向鉑極遷移
C.負(fù)極反應(yīng)式為N2H4—4e-=N2+4H+
D.放電過程中,鉑極附近溶液pH降低
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】理解和應(yīng)用信息在有機合成中具有重要作用,請依據(jù)下列信息回答問題:
(1)該反應(yīng)類型為_______________
(2)下列物質(zhì)能發(fā)生上述反應(yīng)的是______
A.與
B.與HCHO
C.與
(3)和在上述條件下能夠合成分子式為C8H14O2的物質(zhì),該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式為________________
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