+H2O32
3.基于CaSO4为载氧体的天然气燃烧是一种新型绿色的燃烧方式,CaSO4作为氧和热量的有效载体,能够髙效低能耗地实现CO2的分离和捕获其原理如下图所示:
(1)已知在燃料反应器中发生如下反应:
i.CaSO4(g)+CH4(g)=4CaO(s)+CO2(g)+4SO2(g)+2H2O(g)ΔH1=akJ/mol
ii.CaSO4(s)+CH4(g)=CaS(s)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH2=bkJ/mol
ⅲ.CaS(s)+3CaSO4(s)=4CaO(s)+4SO2(g)ΔH3=ckJ/mol
①燃料反应器中主反应为_____________(填“i”“ii”或“ⅲ”)。
②反应i和ii的平衡常数Kp与温度的关系如图1,则a_____________0(填“>”“=”或“<”);720℃时反应ⅲ的平衡常数Kp=_________________。
③下列措施可提高反应ii中甲烷平衡转化率的是______________。
A.增加CaSO4固体的投入量B.将水蒸气冷凝C.降温D.增大甲烷流量
(2)如图2所示,该燃料反应器最佳温度范围为850℃-900℃之间,从化学反应原理的角度说明原因:
________________________。
(3)空气反应器中发生的反应为:
CaS(s)+2O2(g)=CaSO4(s)ΔH4=dkJ/mol,根据热化学原理推测该反应为__________________(填“吸热”或“放热”)反应。
(4)该原理总反应的热化学方程式为_____________________________。
(5)25℃时,用Na2S沉淀Cu2+、Sn2+两种金属离子(M2+),所需S2-最低浓度的对数值lgc(S2-)与lgc(M2+)的关系如右图所示,请回答:
25℃时向50mL的Sn2+、Cu2+浓度均为0.01mol/L的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液,当Na2S溶液加到150mL时开始生成SnS沉淀,则此时溶液中Cu2+浓度为___________mol/L。
答案:
(1)ii>1.0×10-18B
(2)温度过低,反应速率较慢;温度较高,副反应增多(3)放热(4)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)ΔH=(b+d)kJ/mol或ΔH=(a-c+d)kI/mol(5)2.5×10-13
4.利用H2S废气制取H2的方法有利于环保。
(l)H2S的电子式是____,H2S溶液中H2S、HS-,S2-的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图所示,H2S的电离平衡常数ka1=___________
(2)利用H2S废气制取H2的方法有多种。
①热化学硫碘循环法已知循环反应如下:
H2S(g)+H2SO4(aq)═S(s)+SO2(g)+2H2O(l)△H1=61kJ/mol
SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)=2HI(aq)+H2SO4(aq)△H2=-151kJ/mol
2HI(aq)=H2(g)+I2(g)△H3=110kJ/mol
写出硫化氢气体分解为氢气和固体硫的热化学方程式_____。
②高温热分解法
已知:
H2S(g)=H2(g)+l/2S2(g),在恒温密闭容器中,控制不同温度进行H2S分解实验。
以H2S起始浓度均为cmol/L,测定H2S的转化率,H2S的平衡转化率与温度关系如图所示。
据图可知:
温度升高平衡常数K_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
若985℃时平衡常数K=0.04,则起始浓度c=______mol/L。
③电化学法该法制氢过程的示意图如上图。
循环利用的物质是____。
反应池中化学反应方程式为______。
电解池阳极电极反应式为____。
答案:
(1)
10-7.24
(2)H2S(g)==H2(g)+S(s)ΔH=20KJ·mol-1增大0.018FeCl32FeCl3+H2S==2FeCl2+S↓+2HClFe2+-e-==Fe3+
5.铁及其化合物在工农业生产中有重要的作用。
(1)已知:
①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ/mol;
②C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol
③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)△H3=-1651.0kJ/mol
CO还原Fe2O3的热化学方程式为__________________________________________。
(2)高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H2、CO2等气体,用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇,是减少污染、节约能源的新举措,反应原理:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H。
在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2molH2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图。
①在上图A、B、C三点中,选出对应下表物理量最小的点。
反应速率
平衡常数K
平衡转化率α
_________
_________
_________
②在300℃时,向C点平衡体系中再充入0.5molCO、1.0molH2和0.5mol的CH3OH,该反应向_________方向进行(填“正反应”、‘逆反应”或“不移动”)。
③一定温度下,CO的转化率与起始投料比[n(H2)/n(CO)]的变化关系图所示,测得D点氢气的转化率为40%,则x=_____________。
(3)三氯化铁是一种重要的化合物,可以用来腐蚀电路板。
某腐蚀废液中含有0.5mol·L-1Fe3+和0.26mol·L-1的Cu2+,欲使Fe3+完全沉淀[c(Fe3+)≤4×l0-5]而Cu2+不沉淀,则需控制溶液pH的范围为_________。
[KspCu(OH)2=2.6×l0-19;KspFe(OH)3=4×l0-38]
(4)莫尔盐,即六水合硫酸亚铁铵晶体,是一种重要的化工原料,在空气中缓慢风化及氧化,欲证明一瓶久置的莫尔盐已经部分氧化,需要进行实验操作是:
取少量样品,加无氧水溶解,将溶液分成两份,______________________________________,则证明该样品已部分氧化。
答案:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g)△H=-23.5kJ/mol-1
(2)BCB正反应3(3)3≤pH<5(4)向一份溶液中加入KSCN溶液,溶液变为血红色;向另一溶液中加入铁氰化钾溶液,产生特征蓝色沉淀
6.碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。
消除汽车尾气中的NO、CO,有利于减少PM2.5 的排放。
已知如下信息:
①2CO(g)+2NO(g)
2CO2(g)+N2(g)△H1=- 748kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2 =-565kJ/mol
(1)在一定条件下N2和O2会转化为NO,写出该反应的热化学方程式:
______________。
(2)为研究不同条件对反应的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2moINO和0.3moICO,在催化剂存在的条件下发生反应D,10min时反应达到平衡,测得10min内v(NO)=7.5×10-3mol/(L•min),则平衡后CO的转化率为_______________。
(3)其他条件相同,tmin时不同温度下测得NO的转化率如图(I)所示。
A点的反应速率v正___(填“>”、“<”或“=”)v逆,A、B两点反应的平衡常数较大的是_______(填“A”或“B”),理由是__________________。
(4)已知常温下:
Ka(HNO2)=7.1×10-4mol/L;Kb(NH3·H2O)=1.7×10-5mol/L。
0.1mol/LNH4NO2溶液中离子浓度由大到小的顺序是_________,常温下NO2-水解反应的平衡常数K=____。
(5)人工光合作用能够借助太阳能用CO2和水制备化学原料,图(II)是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,请写出催化剂b处的电极反应式:
______________。
答案:
(1)N2(g)+O2(g)===2NO(g)△H=+183kJ/mol
(2)50%(3)>A正反应为放热反应,温度升高,平衡向左移动,K变小(4)c(NO2-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)1.4×10-11(5)CO2+2e-+2H+
=HCOOH
7.汽车尾气中的主要污染物是NO和CO。
为减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:
(1)已知:
2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)△H=﹣746.5kJ/mol
2C(s)+O2(g)
2CO(g)△H=﹣221kJ/mol
C(s)+O2(g)
CO2(g)△H=﹣393.5kJ/mol
则N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H= ____________kJ/mol
(2)T℃下,在一容积不变的密闭容器中,通入一定量的NO和CO,用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/10-4mol/L
10.0
4.50
C1
1.50
1.00
1.00
c(CO)/10-3mol/L
3.60
3.05
C2
2.75
2.70
2.70
则C2较合理的数值为_________(填字母标号)
A.4.20 B.4.00 C.2.95D.2.85
(3)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
H2O(g)+CO2(g)
CO2(g)+H2(g)得到如下三组数据:
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
CO
H2
i
650
2
4
2.4
1.6
5
ii
900
1
2
1.6
0.4
3
iii
900
a
b
C
d
1
若a=2,b=1,则c=____,三组实验对应平衡常数的关系K(i)_____K(ii)_____K(iii)(填“>”、“<”或“=”)。
(4)控制反应条件,CO和H2可以用来合成甲醇和二甲醚,其中合成二甲醚的化学方程式为:
3H2(g)+3CO(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g),在相同条件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡转化率随氢碳比
的变化如图所示:
①合成二甲醚的最佳氢碳比为__________。
②甲醇使用不当会导致污染,可用电解法消除这种污染。
其原理是电解CoSO4、稀硫酸和CH3OH的混合溶液,将Co2+氧化为Co3+,Co3+再将CH3OH氧化成CO2,Co3+氧化CH3OH的离子方程式为_________。
答案:
(1)+180.5
(2)D(3)0.6>=(4)1.06Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
8.以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点,但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。
(1)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。
甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应:
主反应:
CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g)△H=+49kJ•mol-1
副反应:
H2(g)+CO2(g)
CO(g)+H2O(g)△H=+41kJ•mol-1
①甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2和CO,则该反应的化学方程式为_______________,既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________________。
②分析适当增大水醇比(nH2O∶nCH3OH)对甲醇水蒸气重整制氢的好处________________。
③某温度下,将nH2O∶nCH3OH=1∶1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,则平衡时甲醇的转化率为_________________________。
(忽略副反应)
(2)工业常用CH4 与水蒸气在一定条件下来制取H2,其原理为:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=+203kJ·mol-1
①该反应的逆反应速率表达式为; V逆=k·c(CO)·c3(H2),k为速率常数,在某温度下,测得实验数据如表:
CO浓度(mol·L-1)
H2浓度(mol·L-1)
逆反应速率(mol·L-1·min-1)
0.05
C1
4.8
c2
C1
19.2
c2
0.15
8.1
由上述数据可得该温度下,上述反应的逆反应速率常数k 为__________L3·mol-3·min-1。
②在体积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol 的CH4和水蒸气,在一定条件下发生上述反应,测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图2所示,则压强Pl___P2(填“大于”或“小于”)温度T3___T4(填“大于”或“小于”);压强为P1时,在N点;v正_____v逆(填“大于”或“小于”或“等于”)。
求N点对应温度下该反应的平衡常数K=_______。
答案:
(1)CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g)ΔH=+90kJ·mol-1升高温度提高甲醇的利用率,有利于抑制CO的生成(
﹣1)×100%
(2).1.2×104大于小于大于48mol2·L-2
9.Na2SO3是一种重要的还原剂,I2O5是一种重要的氧化剂,二者都是化学实验室中的重要试剂。
(1)已知:
2Na2SO3(aq)+O2(aq)==2Na2SO4(aq)△H=mkJ·mol-1,O2(g)
O2(aq)△H=nkJ·mol-1,则Na2SO3溶液与O2(g)反应的热化学方程式为______________________________。
(2)Na2SO3的氧化分富氧区和贫氧区两个阶段,贫氧区速率方程为v=k·ca(SO32-)·cb(O2),k为常数。
①当溶解氧浓度为4.0mg/L(此时Na2SO3的氧化位于贫氧区)时,c(SO32-)与速率数值关系如下表所示,则a=____。
c(SO32-)×103
3.65
5.65
7.65
11.65
V×106
10.2
24.4
44.7
103.6
②两个阶段的速率方程和不同温度的速率常数之比如下表所示。
已知1n(k2/k1)=Ea/R(1/T2-1/T1),R为常数,则Ea(富氧区)______(填“>”或“<”)Ea(贫氧区)。
反应阶段
速率方程
k(297.0K)/k(291.5K)
富氧区
v=k·c(SO32-)·c(O2)
1.47
贫氧区
v=k·ca(SO32-)·cb(O2)
2.59
(3)等物质的量的Na2SO3和Na2SO4混合溶液中,c(SO32-)+c(HSO3-)______(填“>”“<”或“=”)c(SO42-)。
(4)利用I2O5可消除CO污染,其反应为I2O5(s)+5CO(g)
5CO2(g)+I2(s),不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO,测得CO2气体的体积分数φ(CO2)随时间t的变化曲线如图所示。
①从反应开始至a点时的平均反应速率v(CO)=__________。
②b点时,CO的转化率为_____________。
③b点和d点的化学平衡常数:
Kb____(填“>”“<”或“=”)Kd,判断的理由是________。
答案:
(1)2Na2SO3(aq)+O2(g)=2Na2SO4(aq)ΔH=(m+n)kJ/mol
(2)2<(3)<(4)0.6mol/(L·min)80%>其他条件相同时,曲线II 先达到平衡,温度高于曲线I的,说明温度升高CO2的产率降低,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小
10.充分利用碳的氧化物合成化工原料,既可以减少环境污染和温室效应,又能变废为宝。
Ⅰ.CO2的综合利用是解决温室效应及能源问题的有效途径。
(1)O2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。
已知CH3OH、H2的燃烧热分别为△H1=-akJ·mol-1、△H2=-bkJ·mol-1,且1mol水蒸气转化为液态水时放出ckJ的热量。
则CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H=___________kJ·mol-1。
(2)对于CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g).控制CO2和H2初始投料比为1∶3时,温度对CO2平衡转化率及甲醇产率的影响如图所示。
由图可知获取CH3OH最适宜的温度是______,下列有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的措施是___________。
A.使用催化剂B.增大体系压强
C.增大CO2和H2的初始投料比D.投料比不变和容器体积不变,增加反应物的浓度
Ⅱ.CO是合成尿素、甲酸的原料。
(3)合成尿素的反应:
2NH3(g)+CO(g)
CO(NH2)2(g)+H2(g)△H=-81.0kJ·mol-1。
①T℃时,在体积为2L的恒容密闭容器中,将2molNH3和1molCO混合发生反应,5min时,NH3的转化率为80%。
则0~5min内的平均反应速率为v(CO)=___________。
②已知:
温度/K
398
498
…
平衡常数/K
126.5
K1
…
则:
K1___________126.5(填“>”或“<”);其判断理由是___________。
(4)通过人工光合作用可将CO转化成HCOOH。
①已知常温下,浓度均为0.1mol·L-1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH=3.7,则HCOOH的电离常数Ka的值为___________(已知lg2=0.3)。
②用电化学可消除HCOOH对水质造成的污染,其原理是电解CoS