化学反应原理与实验.docx

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化学反应原理与实验

化学反应原理与实验

1．（14分）绿色化制氢技术是现代能源工业的方向，以CaO为吸收体，将生物质（以C计）与水蒸气反应制取H2。

反应装置由气化炉和燃烧炉两个反应器组成，相关反应如下表所示：

流程1：

气化炉中产生H2

流程2：

燃烧炉中CaO再生

通入水蒸气，主要化学反应：

①C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）

△H=+131.6kJmol-1

②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）

△H=-41.2kJmol-1

③CaO（s）+CO2（g）=CaCO3（s）

△H=-178.3kJmol-1

通入纯氧，主要化学反应：

④C（s）+O2（g）=CO2（g）

△H=-393.8kJmol-1

⑤CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）

K

请回答下列问题：

（1）气化炉中总反应：

C（s）+2H2O（g）+CaO（s）=CaCO3（s）+2H2（g）△H=kJmol-1

（2）燃烧炉中反应⑤所需的能量由反应④提供。

如果再生1molCaO，至少需通入纯氧

mol。

（3）当只改变温度或压力时，反应⑤有下图所示的变化：

图a推知T1T2（填“>”、“<”、“＝”），若温度升高，平衡常数K值（填“增大”、“减小”、“不变”）

图b推知P1P2（填“>”、“<”、“＝”），压强增大，CaCO3的分解率（填“增大”、“减小”、“不变”）

（4）在一定温度、不同压力时，气化炉中H2的变化量约等于CO的变化量（即△n（H2）=△n（CO）），当起始c（H2）:

c（CO）=3:

2时，请根据n（H2）变化，补充完整n（CO）图示变化。

（5）一定条件下，气化炉中的各反应达到平衡状态，采取以下措施可以提高H2产量的是

（用相关编号填写）

A．反应②中使用合适的催化剂B.不断移走CaCO3，并升高气化炉内的温度

C.适当增加水蒸气的通入量D.增加CaO的量，提高CO2的吸收率

（6）写出一条这种制H2技术的优点

2.（14分）（I）在一个容积固定不变的密闭容器中进行反应：

2X（g）+Y（g）2Z（g）,已知将2molX和1molY充入该容器中，反应在绝热条件下达到平衡时，Z的物质的量为pmol。

回答下列问题：

⑴若把2molX和1molY充入该容器时，处于状态I，达到平衡时处于状态II（如图1），则该反应的△H▲0;熵变△S___▲__0（填：

“<，>，=”）。

该反应在▲（填:

高温或低温）条件下能自发进行。

⑵该反应的v-t图像如图2中左图所示。

若其他条件不变，仅在反应前加入合适的催化剂，则其v-t图像如图2中右图所示。

以下说法正确的是▲

a1>a2b1t2右图中阴影部分面积更大

两图中阴影部分面积相等

⑶若该反应在容积可变的密闭容器中发生，在温度为T1、T2时，平衡体系中X的体积分数随压强变化曲线如图所示。

下列说法正确的是　　▲　。

A．A、C两点的反应速率：

A＞C

B．A、C两点的气体密度：

A＜C

C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：

B＜C

D．由状态B到状态A，可以用加热的方法

（II）在容积可变的密闭容器中发生反应：

mA（g）+nB（g）pC（g）,在一定温度和不同压强下达到平衡时，分别得到A的物质的量浓度如下表

压强p/Pa

2×105

5×105

1×106

c（A）/mol·L-1

0.08

0.20

0.44

⑴当压强从2×105Pa增加到5×105Pa时，平衡▲移动（填：

向左，向右，不）

⑵维持压强为2×105Pa，当反应达到平衡状态时，体系中共有amol气体，再向体系中加入bmolB,当重新达到平衡时，体系中气体总物质的量是▲mol.

⑶当压强为1×106Pa时，此反应的平衡常数表达式：

▲。

⑷其他条件相同时，在上述三个压强下分别发生该反应。

2×105Pa时，A的转化率随时间变化如下图，请在图中补充画出压强分别为5×105Pa和1×106Pa时，A的转化率随时间的变化曲线（请在图线上标出压强）。

3．Ⅰ．在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇，其过程如下图所示，试回答下列问题：

（1）该合成路线对于环境保护的价值在于。

（2）15～20%的乙醇胺（HOCH2CH2NH2）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO2吸收剂。

用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因。

（3）CH3OH、H2的燃烧热分别为：

△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol，写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式：

。

Ⅱ．将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：

2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下表：

投料比[n（H2）/n（CO2）]

500K

600K

700K

800K

1.5

45%

33%

20%

12%

2.0

60%

43%

28%

15%

3.0

83%

62%

37%

22%

（4）该反应的焓变△H0，熵变△S___0（填＞、＜或＝）。

（5）用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式。

若以1.12L·min-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9℃），用该电池电解500mL2mol·L-1CuSO4溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜g。

1．（14分）

（1）－87.9（2分）

（2）0.45（2分）

（3）>（1分）；增大（1分）；<（1分）；减小（1分）

（4）（2分）

（5）BC（2分）

（6）实现了吸收剂CaO的循环，降低了能耗；实现了绿色化生产，原料为生物质；实现了能量自给，符合节能减排。

（2分）

2（共14分）

（I）⑴<（1分），<（1分），低温（1分）⑵（2分）⑶BD（2分）

（II）⑴不（1分）⑵a+b（2分）⑶（2分）

⑷（2分）

3.⑴有利于防止温室效应

⑵HOCH2CH2NH2 ＋ H2OHOCH2CH2NH3＋＋ OH－

⑶CO2（g）＋3H2（g）→CH3OH（l）＋H2O（l）△H＝－131.9kJ/mol（3分）

（4）＜（1分），＜（1分）（5）CH3OCH3－12e－＋16OH－＝2CO32－＋11H2O

（6）9.6（3分）

4．（14分）氨气是重要的化工原料

（1）已知：

N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180．5kJ·mol-1

4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）△H=-905kJ·mol-1

2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483．6kJ·mol-1

写出氨气在高温高压催化剂条件下生成氮气和氢气的热化学方程式：

，如果在1L密闭容器中，3molNH3在等温条件下充分反应，平衡时的反应热为92.4kJ，保持温度不变,将起始NH3的物质的量调整为8mol，平衡时NH3的转化率为

（2）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式：

，科学家利用此原理，设计成氨气一氧气燃料电池，则通入氨气的电极是（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为。

（3）一定条件下，某密闭容器中发生反应：

4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）。

在一定体积的密闭容器中，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，下列措施中可采用的是（填字母代号）。

a．增大压强b．适当升高温度c．增大O2的浓度d．选择高效催化剂

（4）如果某氨水的电离程度为1%，浓度为0.01mol/LMgCl2溶液滴加氨水至开始产生沉淀时（不考虑溶液体积变化），溶液中的NH3·H2O的浓度为{已知Ksp[Mg（OH）2]=4.0×10-12]}

5．工业上生产硫酸的流程图如下：

请回答下列问题：

（1）早期生产硫酸以黄铁矿为原料，但现在工厂生产硫酸以硫黄为原料，理由是

（2）在气体进入催化反应室前需净化的原因是

（3）在催化反应室中通常使用常压，在此条件下SO2的转化率为90%。

但是部分发达国家采取高压条件下制取SO3，采取加压措施的目的除了加快反应速率外，还可以，从而提高生产效率

（4）工业生产中常用氨－酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染，废物利用的目的。

用化学方程式表示其反应原理：

（5）除硫酸工业外，还有许多工业生产。

下列相关的工业生产流程中正确的是

A．海水提溴：

海水浓缩溴蒸气液溴

B．海水提镁：

海滩贝壳石灰水MgO

镁

C．工业制硝酸：

空气NO2硝酸尾气处理

D．工业合成氨：

天然气氢气NH3、H2、N2氨

6.（16分）氨基甲酸铵（NH2COONH4）是一种白色固体，易分解、易水

解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等。

某化学兴趣小组用模拟制备氨基

甲酸铵，反应的化学方程式如下：

2NH3（g）+CO2（g）NH2COONH4（s）ΔH＜0

（1）如用右图装置制取氨气，你所选择的试剂是。

（2）制备氨基甲酸铵的装置如下图所示，把氨气和二氧化碳通入四氯化

碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中。

当悬浮物较多时，停止制备。

注：

四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质。

①发生器用冰水冷却的原因是___________________________。

液体

石蜡鼓泡瓶的作用是________________________________。

②从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是_______（填写操作名称）。

为了得到干燥产品，应采取的方法是________（填写选项序号）。

a.常压加热烘干b.高压加热烘干c.真空40℃以下烘干

③尾气处理装置如右图所示。

双通玻璃管的作用：

________；浓硫酸的作用：

、________________________。

（3）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.7820g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000g。

则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为___________。

[Mr（NH2COONH4）=78、Mr（NH4HCO3）=79、Mr（CaCO3）=100]

7.课本介绍了乙醇催化氧化的实验。

（1）甲同学用化学方法替代“闻生成物的气味”来说明生成物的出现，该化学方法中所另加的试剂及出现的主要现象是：

_______________________。

（用所学的知识回答）

（2）甲同学在探究“闻生成物的气味”的替代方法时，偶然发现向溴水中加入足量的乙醛溶液，可以看到溴水褪色。

该同学为解释上述现象，提出三种猜想：

①溴与乙醛发生取代反应；②_________________；③由于醛基具有还原性，溴将乙醛氧化为乙酸。

为探究哪种猜想正确，甲同学提出了如下两种实验方案：

方案一：

用pH试纸检测溴水褪色后溶液的酸碱性；

方案二：

测定反应前溴水中Br2的物质的量和反应后溶液中Br－离子的物质的量。

（3）甲同学认为：

假设测得反应前溴水中Br2的物质的量为amol，若测得反应后n（Br－）=________