1.(xx·陕西咸阳一模)为了解决能源和环境问题,化学工作者致力于开发氢能、研制燃料电池、发展低碳经济的研究。
Ⅰ.氢气通常用生产水煤气的方法制得。
其中CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。
在850℃时,平衡常数K=1。
(1)若降低温度到750℃时,达到平衡时K________(填“大于”、“小于”或“等于”)1。
(2)850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH2O、1.0molCO2和xmolH2,则:
①当x=5.0时,上述反应向________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是________________。
③在850℃时,若设x=5.0和x=6.0,其他物质的投料量不变,当上述反应达到平衡后,测得H2的体积分数分别为a%、b%,则a________(填“大于”、“小于”或“等于”)b。
Ⅱ.已知4.6g液态乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出136kJ热量,1mol液态水转化为气态水吸收44kJ的热量。
(3)请写出乙醇燃烧生成气态水的热化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
Ⅰ.
(1)降低温度,平衡向放热反应方向移动,该反应为放热反应,即向正反应方向移动,平衡常数K增大。
(2)①此时的浓度商Q=
≈1.67,大于平衡常数1,故反应向逆反应方向进行;②若平衡向正反应方向移动,则浓度商应小于平衡常数,即
<1,解得x<3.0;③增大一种生成物(氢气)的体积分数,平衡向逆反应方向移动,平衡移动的结果是降低这种改变的幅度,但不能消除,故平衡后氢气的体积分数还是大于原来的。
Ⅱ.(3)4.6g乙醇的物质的量为
=0.1mol,所以1mol液态乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为1360kJ,1mol液态乙醇完全燃烧生成3mol液态水,3mol液态水转化为气态水吸收热量44kJ×3=132kJ,所以1mol液态乙醇完全燃烧生成二氧化碳和气态水放出热量为1360kJ-132kJ=1228kJ,所以乙醇燃烧生成气态水的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1228kJ/mol。
答案:
(1)大于
(2)①逆反应 ②x<3.0 ③小于
(3)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=-1228kJ/mol
化学反应中的能量变化与转化
(xx·河南长沙高三模拟)利用电化学法生产硫酸,可使绝大多数硫黄直接转化为SO3,在生产硫酸的同时还能化学发电,请回答下列问题:
(1)已知下列反应的能量变化示意图:
①1molS(g)与O2(g)完全反应生成SO2(g),反应的ΔH____________(填“>”或“<”)-297.0kJ·mol-1。
②写出S(s)与O2(g)反应生成SO3(g)的热化学方程式:
________________________________________________________________________。
(2)下图为电化学法生产硫酸的工艺示意图,电池以固体金属氧化物作电解质,该电解质能传导O2-。
①正极反应式为________________________________________________________________________。
②S(g)在负极发生的反应为________________________________________________________________________、
______________________________。
③用化学方程式解释装置中稀硫酸转变为浓硫酸的原因:
________________________________________________________________________。
④每生产1L质量分数为98%,密度为1.84g·mL-1的浓硫酸,理论上可向用电器提供________mol电子,将消耗________mol氧气。
⑤已知S(g)在负极发生的反应为可逆反应,请分析为提高硫黄蒸气的转化率,该工艺采取的措施有____________________________________。
[解析]
(1)①由图可知,1molS(s)与O2(g)完全反应生成SO2(g),ΔH=-297.0kJ·mol-1,S(g)===S(s)为放热过程,则1molS(g)与O2(g)完全反应生成SO2(g),放出的热量更多,所以反应的ΔH<-297.0kJ·mol-1。
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297.0kJ·mol-1,
SO2(g)+
O2(g)===SO3(g) ΔH=-98.7kJ·mol-1。
由盖斯定律可知,两个反应相加可得:
S(s)+
O2(g)===SO3(g) ΔH=-297.0kJ·mol-1+(-98.7kJ·mol-1)=-395.7kJ·mol-1。
(2)电池反应中O元素的化合价降低,S元素的化合价升高,则加入S(s)的一端为负极,通O2的一端为正极,
①正极反应式为O2+4e-===2O2-。
②负极反应式为S-4e-+2O2-===SO2,
S-6e-+3O2-===SO3。
④1L质量分数为98%,ρ=1.84g·mL-1的浓H2SO4,
n(H2SO4)=
=18.4mol。
由S~6e-~1.5O2~H2SO4可知,提供电子为18.4mol×6=110.4mol,消耗O2为18.4mol×1.5=27.6mol。
⑤若提高硫黄蒸气的转化率,则平衡正向移动,所以可采取硫黄(或二氧化硫)循环使用或用稀H2SO4吸收SO3。
[答案]
(1)①<
②S(s)+
O2(g)===SO3(g) ΔH=-395.7kJ·mol-1
(2)①O2+4e-===2O2-
②S-4e-+2O2-===SO2 S-6e-+3O2-===SO3
③SO3+H2O===H2SO4
④110.4 27.6
⑤硫黄(或二氧化硫)循环使用;用稀硫酸吸收SO3
2.
(1)已知:
BaSO4(s)+4C(s)===4CO(g)+BaS(s) ΔH1=+571.2kJ/mol,
BaSO4(s)+2C(s)===2CO2(g)+BaS(s) ΔH2=+226.2kJ/mol。
则反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)的ΔH3=________kJ/mol。
(2)下图所示装置工作时均与H2有关。
①图甲所示装置中,通入H2的管口的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②某同学按图乙所示装置进行实验,实验结束后,将玻璃管内固体物质冷却后,溶于稀硫酸,充分反应后,滴加KSCN溶液,溶液不变红,再滴入新制氯水,溶液变为红色。
该同学据此得出结论:
铁与水蒸气反应只生成FeO和H2,该结论________(填“严密”或“不严密”)。
(3)常温下,将1.92g铜投入100mL稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中,铜全部溶解并放出无色气体。
再向溶液中加入足量铁粉充分反应,此时只收集到448mL氢气(已换算成标况)。
①原溶液中硝酸的物质的量为________mol;
②溶解的铁粉质量为________g。
解析:
(1)根据盖斯定律,得ΔH3=
(ΔH1-ΔH2)=
×(571.2-226.2)kJ/mol=+172.5kJ/mol。
(2)①通入H2的电极为负极,发生氧化反应,溶液中OH-移向负极,参与电极反应,电极反应为H2-2e-+2OH-===2H2O;②若铁过量,铁能将Fe3+还原为Fe2+,所以该同学的说法不严密。
(3)常温下,将铜加入到H2SO4和HNO3的混合液中,发生反应3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O,Cu全部溶解,放出无色气体为NO,再向溶液中加入足量铁粉,充分反应,此时收集到的气体为448mL(标准状况)的氢气,说明硫酸有剩余,硝酸全部起氧化剂作用,加入的铁发生反应Fe+Cu2+===Cu+Fe2+、Fe+2H+===Fe2++H2↑,置换出溶液中的铜与氢气。
①n(Cu)=
=0.03mol,根据3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O可知,原溶液中n(NO
)=
×0.03mol=0.02mol;②由离子方程式可知n(Fe)=n(Cu)+n(H2)=
+
=0.05mol,所以加入铁粉的质量为0.05mol×56g/mol=2.8g。
答案:
(1)+172.5
(2)①H2-2e-+2OH-===2H2O
②不严密
(3)①0.02 ②2.8
元素化合物与电解质溶液的综合应用
(xx·山东省实验中学高三模拟)以下是对化学反应变化过程及结果的研究。
请按要求回答问题:
(1)关于能量变化的研究
已知:
①2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g)
ΔH=-akJ·mol-1
②CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-bkJ·mol-1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-ckJ·mol-1
则2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=________kJ·mol-1。
(2)关于反应速率和限度的研究
①已知25℃时有关弱酸的电离平衡常数:
弱酸
CH3COOH
HCN
H2CO3
电离平衡常数
1.8×10-5
4.9×10-10
K1=4.3×10-7K2=5.6×10-11
则等物质的量浓度的a.CH3COONa、b.NaCN、c.Na2CO3、d.NaHCO3溶液的pH由大到小的顺序为________________________(填编号)。
②已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6kJ·mol-1,在一个容积为2L的容器中加入2molSO2和1molO2,在某温度下充分反应,经过30min达到平衡,放出热量176.94kJ。
如果用SO2表示该反应的反应速率,则v(SO2)=________________。
③如图为某温度下,CuS(s)、ZnS(s)、FeS(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,溶液中S2-的浓度、金属阳离子浓度变化情况。
如果向三种沉淀中加盐酸,最先溶解的是____________;向新生成的ZnS浊液中滴入足量含相同浓度的Cu2+、Fe2+的溶液,振荡后,ZnS沉淀会转化为____________(填化学式)沉淀。
(3)关于电化学的研究
全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池。
其电池总反应为VO
+2H++V2+
V3++VO2++H2O。
则充电时阳极反应式为________________________________________________________________________。
用此电池电解1L1mol·L-1的CuSO4溶液,当转移0.1mol电子时,溶液的pH=________(不考虑溶液体积的变化)。
[解析]
(1)由盖斯定律可知:
①-②×2+③×4得:
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-akJ·mol-1-(-bkJ·mol-1)×2+(-ckJ·mol-1)×4=(-a+2b-4c)kJ·mol-1。
(2)①等物质的量浓度的下列溶液中,a.CH3COONa、b.NaCN、c.Na2CO3、d.NaHCO3都是强碱弱酸盐,水溶液呈碱性,对应酸的酸性越弱水解程度越大,pH越大。
根据电离平衡常数可知对应酸根离子的水解程度大小为CO
>CN->HCO
>CH3COO-,所以pH大小为c>b>d>a。
②根据放出热量可求参加反应的SO2的物质的量为
n(SO2)=
×2mol=1.8mol。
所以v(SO2)=
=
=0.03mol·L-1·min-1。
③根据溶液中S2-、金属阳离子浓度变化情况,可知Ksp(CuS)(3)根据化合价变化可知阳极上发生反应的离子为VO2+,其电极反应式为VO2++H2O-e-===VO
+2H+。
当转移0.1mol电子时,生成的n(H+)=0.1mol,所以c(H+)=0.1mol·L-1,溶液pH为1。
[答案]
(1)(-a+2b-4c)
(2)①c>b>d>a ②0.03mol·L-1·min-1
③FeS CuS
(3)VO2++H2O-e-===VO
+2H+ 1
3.制备锌印刷电路板是用稀硝酸腐蚀锌板,产生的废液称“烂板液”。
“烂板液”中除含硝酸锌外,还含有自来水带入的Cl-和Fe3+。
在实验室里,用“烂板液”制取ZnSO4·7H2O的过程如下:
(1)若稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为N2O,氧化剂与还原剂的物质的量之比是________。
(2)若步骤①的pH>12,则Zn(OH)2溶解生成偏锌酸钠。
写出Zn(OH)2被溶解的离子方程式:
__________________________________。
(3)滤液D中除了含有OH-外,还含有的阴离子有_____________