【題目】尿素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。工業(yè)上有多種工藝用NH3和CO2直接合成尿素。
(1)水溶液全循環(huán)法合成尿素的反應(yīng)過程可用下列熱化學(xué)方程式表示:
反應(yīng)I 2NH3(1) +CO2(g)NH2 COONH4(1) △H1 = - 119.2 kJmol-1
反應(yīng)II NH2COONH4(1)CO(NH2)2(1)+ H2O(1) △H2= 15.5 kJmol-1
①寫出NH3(1)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH2)2(1)和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式:______。
②該工藝要求在190~ 200℃、13 ~ 24 MPa 的條件下反應(yīng),90℃左右反應(yīng)可實現(xiàn)最高平衡轉(zhuǎn)化率。試解釋選擇高壓條件的理由:_________。
(2)在不同氨碳比L=和水碳比W= 條件下CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T變化情況如圖所示:
①CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T升高先增大后減小,試分析原因:_________。
②在圖中,畫出L=4、W=O時CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T變化的曲線示意圖____。
(3)實驗室模擬熱氣循環(huán)法合成尿素,T℃度時,將5.6mol NH3與5.2molCO2在容積恒定為0.5L的恒溫密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O (g) △H1=—43kJmol-1。達(dá)到平衡狀態(tài)時,NH3與CO2的平衡分壓之比 p(NH3): p(CO2)= 2:13。[p(NH3)= x(NH3)p,x(NH3)為平衡體系中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),p為平衡總壓]。
①T ℃時,該反應(yīng)的平衡常數(shù) K = ______________。
②若不考慮副反應(yīng),對于該反應(yīng)體系,下列說法正確的是 _________ 。
A.當(dāng)反應(yīng)體系中氣體分子的平均摩爾質(zhì)量保持不變時,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B.相同條件下,提高水碳比或降低氨碳比都會使NH3 的平衡轉(zhuǎn)化率降低
C.在容器中加入CaO,(可與 H2O反應(yīng)),提高CO(NH2)2產(chǎn)率
D.反應(yīng)開始后的一段時間內(nèi),適當(dāng)升溫可提高單位時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率
【答案】2NH3(l)+ CO2(g)CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) △H =-103.7kJ·mol-1 190~200℃時,NH 2COONH4 容易分解為 NH3和CO2,高壓有利于反應(yīng)I正向進(jìn)行 溫度升高,反應(yīng)I平衡逆向移動,反應(yīng)II 平衡正向移動,在190~200℃之前,反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢更大,190~200℃ 之后,反應(yīng)I逆向進(jìn)行的趨勢更大 1.5625 D
【解析】
(1)水溶液全循環(huán)法合成尿素的反應(yīng)過程可用下列熱化學(xué)方程式表示:
反應(yīng)I 2NH3(1) +CO2(g)NH2 COONH4(1) △H1 = - 119.2 kJmol-1
反應(yīng)II NH2COONH4(1)CO(NH2)2(1)+ H2O(1) △H2= 15.5 kJmol-1
①根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)I+反應(yīng)II得:NH3(1)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH2)2(1)和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式:2NH3(l)+ CO2(g)CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) △H =-103.7kJ·mol-1。故答案為:2NH3(l)+ CO2(g)CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) △H2=-103.7kJ·mol-1;
②反應(yīng)I 2NH3(1) +CO2(g)NH2 COONH4(1) 是氣體體積減小的反應(yīng),選擇高壓條件的理由:190~200℃時,NH 2COONH4 容易分解為 NH3和CO2,高壓有利于反應(yīng)I正向進(jìn)行。故答案為:190~200℃時,NH 2COONH4 容易分解為 NH3和CO2,高壓有利于反應(yīng)I正向進(jìn)行;
(2)①CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T升高先增大后減小,因為:溫度升高,反應(yīng)I平衡逆向移動,反應(yīng)II 平衡正向移動,在190~200℃之前,反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢更大,190~200℃ 之后,反應(yīng)I逆向進(jìn)行的趨勢更大。故答案為:溫度升高,反應(yīng)I平衡逆向移動,反應(yīng)II 平衡正向移動,在190~200℃之前,反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢更大,190~200℃ 之后,反應(yīng)I逆向進(jìn)行的趨勢更大;
②L越大,氨的比例越大,根據(jù)反應(yīng)I ,提高氨的濃度,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大,曲線應(yīng)在原曲線之上,溫度升高,反應(yīng)I平衡逆向移動,反應(yīng)II 平衡正向移動,在190~200℃之前,反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢更大,轉(zhuǎn)化率先增大,此后變小,L=4、W=O時CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T變化的曲線示意圖。故答案為:;
(3)①T ℃時,該反應(yīng)的平衡常數(shù):
,
x=2.6mol
K== 1.5625。
故答案為:1.5625;
②A.2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O (g) 該反應(yīng)中,若平衡正向移動,混合氣的總質(zhì)量減小,總物質(zhì)的量也減小,所以反應(yīng)體系中氣體分子的平均摩爾質(zhì)量不能確定是否保持不變,故當(dāng)反應(yīng)體系中氣體分子的平均摩爾質(zhì)量不再變化時,不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài),故A錯誤;
B.相同條件下,提高水碳比相當(dāng)于提高生成物濃度,氨的平衡轉(zhuǎn)化率降低,降低氨碳比會使NH3的平衡轉(zhuǎn)化率增大,故B錯誤;
C.在容器中加入CaO,(可與 H2O)反應(yīng),但生成的氫氧化鈣也能與反應(yīng)物反應(yīng),降低CO(NH2)2產(chǎn)率,故C錯誤;
D.反應(yīng)開始后的一段時間內(nèi),在沒有達(dá)到平衡前,適當(dāng)升溫可提高單位時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率,故D正確;
故選D。
故答案為:D。
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【題目】試從化學(xué)鍵的角度理解化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。(以2H2+O2===2H2O為例說明),已知:E反表示反應(yīng)物(2H2+O2)所具有的總能量,E生表示生成物(2H2O)所具有的總能量。又知:拆開1moL H2中的化學(xué)鍵需要吸收436kJ能量,拆開1moL O2中的化學(xué)鍵需要吸收496kJ能量,形成水分子中的1moLH—O鍵能夠釋放463KJ能量。
⑴從宏觀角度看:反應(yīng)物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量,所以該反應(yīng)要______(填“吸收”或“放出”)能量,能量變化值的大小△E=_________(用E反和E生表示)
⑵從微觀角度看:斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵吸收的總能量為E吸=______KJ;形成生成物中的化學(xué)鍵放出的總能量為=______KJ。E吸______E放(填“>”或“<”),所以該反應(yīng)要_____(填“吸收”或“放出”)能量,能量變化值的大小△E=____ KJ(填數(shù)值)
⑶由圖可知,化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是________________________________化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因是________________(從總能量說明)
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【題目】下列實驗操作或現(xiàn)象不能用平衡移動原理解釋的是
A. 鹵化銀沉淀的轉(zhuǎn)化
B. 配制FeCl3溶液
C. 淀粉在不同條件下水解
D. 探究石灰石與稀鹽酸在密閉環(huán)境下的反應(yīng)
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【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型無機材料,工業(yè)上由氧化鋁與焦炭在氮氣流中高溫制得,產(chǎn)品中常含有Al4C3、C和Al2O3等雜質(zhì)。某實驗小組為測定a g工業(yè)氮化鋁樣品中AlN的質(zhì)量及Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),設(shè)計了如下裝置,已知裝置B、C、D中的藥品均足量。
已知:①AlN和Al4C3均能與水反應(yīng),分別生成NH3和CH4。②CH4能與CuO發(fā)生反應(yīng):CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O。
(1)寫出錐形瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。AlN與H2O反應(yīng):__________;Al4C3與H2O反應(yīng):____________。
(2)有下列操作步驟:①緩緩鼓入一定量的N2;②稱量C和D(酒精燈和鐵架臺等除外)的質(zhì)量,按順序組裝儀器,檢查裝置的氣密性,將樣品放入錐形瓶中;③點燃D處酒精燈;④再次稱量C和D的質(zhì)量;⑤從分液漏斗緩緩滴入水,直到不再產(chǎn)生氣體時為止;⑥再次緩緩鼓入一定量的N2。正確的操作順序是_________。
(3)C的作用是吸收氨氣,則C中所盛試劑的最佳選擇是________(填代號)。
A.蒸餾水 B.濃硝酸C.濃鹽酸 D.濃硫酸
(4)A中反應(yīng)結(jié)束后,還要通入一段時間的N2至D中固體恢復(fù)到室溫,其目的是_______(寫兩條)。
(5)實驗結(jié)束后,測得反應(yīng)后D中固體質(zhì)量減少m g,C中增加n g,則a g樣品中AlN的質(zhì)量為________g,Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________×100%。
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【題目】為探究某無結(jié)晶水的正鹽X(僅含有兩種短周期元素)的組成和性質(zhì),設(shè)計并完成下列實驗。(氣體體積已轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)
已知:B是空氣的主要成分之一;C是一種強堿,且微溶于水 ,載人宇宙飛船內(nèi)常用含 C的過濾網(wǎng)吸收宇航員呼出的CO2,以凈化空氣;D遇濕潤的紅色石蕊試紙變藍(lán)。
(1)X的化學(xué)式為 __________________ 。
(2)圖中B的組成元素在元素周期表中的位置是______________。
(3)A的電子式為 ____________。
(4)X受熱分解轉(zhuǎn)變成 A 和 B 的化學(xué)反應(yīng)方程式為 ____________。
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【題目】向1 L的密閉容器中加入1 mol X、0.3 mol Z和一定量的Y三種氣體。一定條件下發(fā)生反應(yīng),各物質(zhì)的濃度隨時間變化如圖一所示。圖二為t2時刻后改變反應(yīng)條件,平衡體系中反應(yīng)速率隨時間變化的情況,且四個階段都各改變一種不同的條件。下列說法不正確的是
A.Y的起始物質(zhì)的量為0.5 mol
B.該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2X(g)+Y(g) 3Z(g) H<0
C.若t0=0,t1=10 s,則t0~t1階段的平均反應(yīng)速率為v(Z)=0.03 mol/(L·s)
D.反應(yīng)物X的轉(zhuǎn)化率t6點比t3點高
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【題目】(1)丙烷(C3H8)是一種價格低廉的常用燃料,其主要成分是碳和氫兩種元素,燃燒后只有二氧化碳和氣態(tài)水,不會對環(huán)境造成污染。已知1 g丙烷完全燃燒放出50.45kJ的熱量。丙烷在室溫下燃燒的熱化學(xué)方程式為____。
(2)高爐冶鐵過程中,甲烷在催化反應(yīng)室中產(chǎn)生水煤氣(CO和H2)還原氧化鐵,有關(guān)反應(yīng)為:
CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH=+260 kJ·mol-1
已知:2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1
則2CH4(g)+ O2(g)=2CO(g)+4H2(g)ΔH=___;
(3)在密閉容器中充入A(g)和B(g),它們的初始濃度均為2mol·L-1,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):A(g)+B(g)2C(g) ΔH。該T1溫度下,此反應(yīng)的平衡常數(shù)為4,
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式為____。
②A的轉(zhuǎn)化率為_____。
③若升溫至T2時,此反應(yīng)的平衡常數(shù)為1,判斷該反應(yīng)ΔH___0(填“>”或“<”)。
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【題目】對甲烷和 CO2 的高效利用不僅能緩解大氣變暖,而且對日益枯竭的石油資源也有一定的補充作用,甲烷臨氧耦合 CO2 重整反應(yīng)有:
反應(yīng)(i):2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g) △ H=-71.4kJmol-1
反應(yīng)(ii):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △ H=+247.0 kJmol-1
(1)寫出表示 CO 燃燒熱的熱化學(xué)方程式:_____。
(2)在兩個體積均為 2L 的恒容密閉容器中,起始時按表中相應(yīng)的量加入物質(zhì),在相同溫度下進(jìn)行反應(yīng)(ii):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) (不發(fā)生其它反應(yīng)),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如表所示:
容器 | 起始物質(zhì)的量(n) / mol | CO2的平衡轉(zhuǎn)化率 | |||
CH4 | CO2 | CO | H2 | ||
Ⅰ | 0.1 | 0.1 | 0 | 0 | 50% |
Ⅱ | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | / |
①下列條件能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____。
A.v正(CH4) =2v逆(CO)
B.容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度滿足c(CH4)·c(CO2)=c2(CO)·c2(H2)
C.容器內(nèi)混合氣體的總壓強不再變化
D.容器內(nèi)混合氣體密度保持不變
②達(dá)到平衡時,容器Ⅰ、Ⅱ內(nèi) CO 的物質(zhì)的量的關(guān)系滿足:2n(CO)Ⅰ_____n(CO)Ⅱ(填“>”、“=”或“<”)
(3)將一定量的甲烷和氧氣混合完成反應(yīng)(i),其他條件相同,在甲、乙兩種不同催化劑作用下, 相同時間內(nèi)測得 CH4 轉(zhuǎn)化率與溫度變化關(guān)系如圖所示。c 點_____(填“可能”、“一定”或“一定未”)達(dá)到平衡狀態(tài),理由是_____。
(4)CO2 也可通過催化加氫合成乙醇,其反應(yīng)原理為:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g) H<0。設(shè) m 為起始時的投料比,即 m= n(H2)/ n(CO2)。通過實驗得到下列圖象:
圖1 圖2 圖3
①圖 1 中投料比相同,溫度從高到低的順序為_________。
②圖 2 中 m1、m2、m3 從大到小的順序為_________。
③圖 3 表示在總壓為 5 MPa 的恒壓條件下,且 m=3 時,平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系。T4 溫度時,該反應(yīng)壓強平衡常數(shù)KP的計算式為_________(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),代入數(shù)據(jù),不用計算)。
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【題目】根據(jù)下列實驗或?qū)嶒灢僮骱同F(xiàn)象,所得結(jié)論正確的是
實驗或?qū)嶒灢僮?/span> | 現(xiàn)象 | 實驗結(jié)論 | |
A | 用大理石和鹽酸反應(yīng)制取CO2氣體,立即通入一定濃度的Na2SiO3溶液中 | 出現(xiàn)白色沉淀 | H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強 |
B | 向某溶液先滴加硝酸酸化,再滴加BaCl2溶液 | 出現(xiàn)白色沉淀 | 原溶液中含有SO42-、SO32-、HSO3-中的一種或幾種 |
C | 將純Zn片與純Cu片用導(dǎo)線連接,浸入到稀硫酸溶液中 | Cu片表面產(chǎn)生大量氣泡 | 金屬性:Zn>Cu |
D | 左邊棉球變?yōu)槌壬,右邊棉球變(yōu)樗{(lán)色 | 氧化性:Cl2>Br2>I2 |
A. A B. B C. C D. D
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