【题目】氮的固定意义重大,氮肥的使用大面积提高了粮食产量。人工固氮最有效的方法是合成氦,一种工业合成氨的简易流程如图所示(净化、后期处理等流程未列出):
回答下列问题:
Ⅰ.步骤A制氢气的原理之一是CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H=a kJ/mol
(1)已知:H2、CH4的燃烧热分别为285.8kJ/mol、890.31k/mol;H2O(g)H2O(l) H=-44kJ/mol则a=____kJ/mol。
(2)在密闭容器中,既能加快反应速率,又一定能提高平衡体系中H2体积分数的措施是_____(填序号)。
a.加入催化剂 b.升高温度 c.降低压强 d.增大c(H2O)
Ⅱ.步骤B完成了原料气准备后,通过步骤C合成氨,其原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.4kJ/mol。
(3)若T℃下,向一个容积为2L的真空密闭容器中(有催化剂)通入lmol N2、3mol H2,1分钟后达到化学平衡状态,测得容器内的压强是开始时的0.8倍。则:
①下列叙述可说明该反应已经达到化学平衡状态的是______(填序号)。
a.3v(H2)正=2v(NH3)逆 b.混合气体的平均相对分子质量不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变 d. 1个N≡N键断裂的同时有3个H—H键生成
②t分钟内v(H2)=_______。
③T℃下该反应的K=___________(列出计算式即可)。
④一定条件下,向体积相同的甲(含催化剂)、乙两个容器中分别充入等物质的量的N2和等物质的量的H2进行合成氨反应,均反应1小时、测得N2的转化率随温度变化如图所示,a、b、c三点中达到化学平衡状态的点有_________,乙装置中N2转化率随着温度的升高先升后降的原因可能是______。
(4)我国科学家成功研制出一种高效电催化固氮催化剂Mo2N,其固氮原理如图所示,该装置中,阴极上的电极反应式为______。
【答案】+164.89 b bd mol/(L·min) ac 因合成氨反应的H<0,随温度升高N2的转化率应降低,但c点之前N2转化率增大,说明反应未达平衡状态,c点后为随温度升高平衡逆向移动的结果 N2+6H++6e-=2NH3
【解析】
(1)因为 ①H2(g)+O2(g)=H2O(l) H=-285.8kJ/mol,②CH4(g)+2O2(g)= CO2(g)+2H2O(l) H=-890.31k/mol,③H2O(g)H2O(l) H=-44kJ/mol,根据盖斯定律②-①4+③2得:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) H=+164.89kJ/mol,故答案:+164.89;
(2)根据CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H=+164.89 kJ/mol,在密闭容器中进行的反应:
a.加入催化剂不会改变化学平衡移动,故a 不符合题意;
b.升高温度既能加快反应速率,又能使平衡向着吸热方向移动,即提高了平衡体系中H2体积分数,故b 符合题意;
c.降低压强反应速率 减慢,故c不符合题意;
d.增大c(H2O),没有注明状态,无法判断,故d不符合题意;
故答案:b。
(3)①a.根据N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.4kJ/mol反应,若T℃下2v(H2)正=3v(NH3)逆说明该反应已经达到化学平衡状态,故a不符合题意;
b.混合气体的平均相对分子质量数值等于摩尔质量=,气体的总质量是个定值,而反应前后化学计量数不等,所以当混合气体的平均相对分子质量不再发生改变,说明该反应已经达到化学平衡状态,故b符合题意;
c.混合气体的密度=,因为体积一定,气体的质量不变,所以混合气体的密度是定值,故混合气体的密度不再发生改变,不说明该反应已经达到化学平衡状态,故c不符合题意;
d. 1个N≡N键断裂说明反应正向进行,同时有3个H—H键生成说明反应逆向进行,且正逆反应速率相等,故1个N≡N键断裂的同时有3个H—H键生成可以证明该反应已经达到化学平衡状态,故d符合题意;
故答案:bd。
②若T℃下根据反应可知
根据阿伏加德罗定律:=,即=,解得x=0.4,所以 t分钟内v(H2)==mol/(L·min);
③T℃下该反应的平衡常数K==;
④由图像可知,a点随温度的升高,N2的转化率应降低,说明平衡逆向移,所以a点是反应达到平衡点;因合成氨反应的H<0,随温度升高N2的转化率应降低,但c点之前乙装置中 N2转化率增大,说明反应未达平衡状态,c点后为随温度升高平衡逆向移动和正向移动的交点,所以c点是达到平衡的点,故答案:ac;因合成氨反应的H<0,随温度升高N2的转化率应降低,但c点之前乙装置中 N2转化率增大,说明反应未达平衡状态,c点后为随温度升高平衡逆向移动的结果;
(4)由装置图进料口可知:充入N2的一端为阴极,得电子发生还原反应,电解质溶液为稀盐酸,所以阴极上的电极反应式为N2+6H++6e-=2NH3,故答案:N2+6H++6e-=2NH3。
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【题目】甲烷水蒸气的重整反应是工业制备氢气的重要方式,其化学反应方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。回答下列问题:
(1)已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3kJ·mol-1
CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ·mol-1
H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l) ΔH3=-285.8kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH4=-41.0kJ·mol-1
则甲烷水蒸气重整反应的ΔH=_____kJ·mol-1。
(2)通过计算机模拟实验,对400~1200℃、操作压强为0.1MPa条件下,不同水碳比(1~10)进行了热力学计算,反应平衡体系中H2的物质的量分数与水碳比、平衡温度的关系如图所示。
①温度一定时,H2的物质的量分数与水碳比(1~10)的关系是_____,产生该结论的原因是_____。
②据模拟实验可知,平衡温度为900℃,水碳比为1.0时,H2的物质的量分数为0.6,CH4的转化率为_____,其压强平衡常数为_____;反应速率方程为v=kp(CH4)p-1(H2),此时反应速率v=_____。
(已知:气体分压=气体的物质的量分数×总压,速率方程中k为速率常数)。
(3)厌氧细菌可将葡萄糖转化为CH4和H2,pH为5.5时不同热预处理温度和时间下的甲烷和氢气的产率如图所示,若要提高H2的产率,最佳温度为_____。
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【题目】氨甲环酸(G),别名止血环酸,是一种已被广泛使用半个世纪的止血药,它的一种合成路线如下(部分反应条件和试剂略)。
(1)A的名称是_________________。
(2)②的化学方程式是___________。
(3)③的反应类型是_____________。
(4)D中的官能团名称是_________。
(5)下列说法正确的是_____________(填字母序号)。
a.反应⑥是还原反应
b.F与互为同分异构体
c.G在碱性条件下可以转变成
d.G在酸性条件下可以转变成
(6)写出满足以下条件的所有E的同分异构体的结构简式______________________。
a. 与硝基苯互为同系物 b.苯环上只有两个取代基 c.苯环上一氯代物有2种
(7)以CH3CH=CH2、HCHO为有机原料,选用必要的无机试剂合成上述流程中的A:CH3-CH=CH2 Br-CH2-CH=CH2→___________。已知:RX R—MgX(R、R'、R〃代表烃基或氢)
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】25℃时,用0.10molL-1的氨水滴定10.00mL0.05molL-1的二元酸H2A的溶液,滴定过程中加入氨水的体积(V)与溶液中的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.H2A的电离方程式为H2AH++HA-
B.B点溶液中,水电离出的氢离子浓度为1.0×10-6molL-1
C.C点溶液中,c(NH4+)+c(NH3H2O)=2c(A2-)
D.25℃时,氨水的电离平衡常数为
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】1980年,古迪的夫发明了钴酸锂材料,这种材料的结构可以使锂离子在其中快速移动。以LiCoO2作电极材料的锂离子电池在充、放电时的微观粒子变化如图所示,下列说法正确的是
A.LiCoO2是电池的负极材料
B.充电时,LiCoO2电板的电势低于石墨电极
C.充电时,阳极发生的反应是LiCoO2+xe-=Li1-xCoO2+xLi+
D.放电时,当1mol电子转移,则石墨电极质量减少7g
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】对三联苯()是一种有机合成的中间体。下列关于对三联苯的说法中正确的是
A.对三联苯属于苯的同系物
B.对三联苯分子中至少有16个原子共平面
C.对三联苯的一氯取代物有6种
D.0.2mol对三联苯在足量的氧气中完全燃烧消耗5.1molO2
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【题目】端炔烃在催化剂的存在下可发生偶联反应,称为Glaser反应。
2R—C≡C—HR—C≡C—C≡C—R+H2
该反应在研究新型发光材料、超分子化学等方面具有重要价值。下面是利用Glaser反应由苯A制备化合物E的一种合成路线:
回答下列问题:
(1)B的结构简式为________,D的化学名称为________。
(2)①和③的反应类型分别为________、________。
(3)E的结构简式为____________________。1 mol E与氢气反应,理论上最多消耗氢气________ mol。
(4)芳香化合物F是C的同分异构体,其分子中只有两种不同化学环境的氢,数目比为3∶1,则符合条件的同分异构体有______种。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】下图均是由4个碳原子结合成的五种有机物(氢原子没有画出) 回答下列问题:
(1)空间结构为正四面体的化学式为___________________。
(2)五种物质中属于烯烃的是 ________(填字母,下同)。
(3)与e互为同分异构体的是_____________________。
(4)五种物质中4个碳原子一定处于同一平面的有_______________。
(5)写出b的一种同分异构体的结构简式:_____________________(C除外)。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】在温热气候条件下,浅海地区有厚层的石灰石沉积,而深海地区却很少。下列解析不正确的是
A. 与深海地区相比,浅海地区水温较高,有利于游离的CO2增多、石灰石沉积
B. 与浅海地区相比,深海地区压强大,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少
C. 深海地区石灰石岩层的溶解反应为:CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq)
D. 海水呈弱酸性,大气中CO2浓度增加,会导致海水中CO浓度增大
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