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15.火力发电厂释放出大量氮氧化合物(NOx)、SO2和 CO2等气体会造成环境问题对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的.
(1)脱硝.利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ/mol
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol.
(2)脱碳.将CO2转化为甲醇:CO2 (g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①如图1,25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为 KOH)为电源来电解乙(100mL2mol/LAgNO3溶液)和丙(100mLCuSO4)溶液,燃料电池负极的电极反应为CH3OH-6e-+8OH -=CO32-+6 H2O.电解结束后,向丙中加入 0.1mol Cu(OH)2,恰好恢复到反应前的浓度,将乙中溶液加水稀释至200mL,溶液的 pH0;

②取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H<0(填“>”、“<”或“=”).
(3)脱硫.燃煤废气经脱硝、脱碳后,与一定量氨气、空气反应生成硫酸铵.室温时,向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na+)=c(NH3•H2O).(填“>”、“<”或“=”)

分析 (1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
根据盖斯定律,(①+②)×$\frac{1}{2}$可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),△H=$\frac{1}{2}$(△H1+△H2);
(2)①原电池中负极上发生氧化反应,负极上CH3OH失电子,碱性条件下生成碳酸根与水;
丙中加入0.1mol Cu(OH)2恰好恢复到反应前的浓度,丙中阳极发生氧化反应生成氧气,说明丙中阳极生成氧气为0.1mol,则转移电子为0.1mol×4=0.4mol,乙中AgNO3的物质的量为0.1L×2mol/L=0.2mol,乙中银离子完全放电转移电子为转移电子为0.2mol,故水还会放电,根据电荷守恒可知得到硝酸为0.2mol,进而计算稀释后溶液pH;
②由图可知,到达平衡后,温度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反应进行;
(3)根据电荷守恒:c(NH4+)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-),由物料守恒可知c(NH4+)+c(NH3•H2O)=2c(SO42-),结合溶液呈中性,联立判断.

解答 解:(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
根据盖斯定律,(①+②)×$\frac{1}{2}$可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),△H=$\frac{1}{2}$(△H1+△H2)=-867kJ/mol,
反应热化学方程式为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol,
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol;
(2)①①原电池中负极上发生氧化反应,负极上CH3OH失电子,碱性条件下生成碳酸根与水,电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH -=CO32-+6 H2O,
丙中加入0.1mol Cu(OH)2恰好恢复到反应前的浓度,丙中阳极发生氧化反应生成氧气,说明丙中阳极生成氧气为0.1mol,则转移电子为0.1mol×4=0.4mol,乙中AgNO3的物质的量为0.1L×2mol/L=0.2mol,乙中银离子完全放电转移电子为转移电子为0.2mol,故水还会放电,根据电荷守恒可知得到硝酸为0.2mol,稀释后溶液中氢离子浓度为$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L,则稀释后溶液pH=-lg1=0,
故答案为:CH3OH-6e-+8OH -=CO32-+6 H2O;0;
②由图可知最高点反应到达平衡,达平衡后,温度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反应进行,升高温度平衡吸热方向进行,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,即△H3<0.
故答案为:<;
(3)根据电荷守恒:c(NH4+)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-),溶液呈中性,而c(H+)=c(OH-),故c(NH4+)+c(Na+)=2c(SO42-),由物料守恒可知c(NH4+)+c(NH3•H2O)=2c(SO42-),联立可得c(Na+)=c(NH3•H2O),
故答案为:=.

点评 本题考查热化学方程式、电化学及计算、化学平衡影响因素、离子浓度大小比较解等,培养了学生分析问题解决问题的能力,需要学生具备扎实的基础,难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.40℃,在氨水体系中不断通入CO2,各种离子的变化趋势如图所示.下列说法不正确的是(  )
A.在pH=9.0时,c(NH4+)>c(HCO3-)>c(NH2COO-)>c(CO32-)
B.不同pH的溶液中存在关系:c(NH4+)+c(H+)═2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(NH2COO-)+c(OH-)
C.在溶液pH不断降低的过程中,有含NH2COO-的中间产物生成
D.随着CO2的通入,$\frac{c(O{H}^{-})}{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}$不断增大

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.已知某一温度下,0.1mol•L-1 NaHA的强电解质溶液中,c(H+)<c(OH-),则下列关系一定不正确的是(  )
A.c(Na+)=c(HA-)+2c(A2-)+c(OH-)
B.c(H2A)+c(HA-)+c(A2-)=0.1 mol•L-1
C.将上述溶液稀释至0.01mol/L,c(H+)•c(OH-) 不变
D.c (A2-)+c (OH-)=c (H+)+c (H2A)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.金属钠与水的反应是中学化学中的一个重要反应.在高中化学教材的几次改版中该实验曾出现过几种不同的演示方法,分别如图中甲、乙、丙所示:
(1)现按图甲所示的方法,在室温时,向盛有Ca(HCO3)2溶液的水槽中,加入一小块金属钠.下列现象描述正确的是ABD(填字母).
A.钠浮在液面上,并四处游动,最后消失     B.钠熔化成一个光亮的小球
C.反应开始后,溶液由无色变红色      D.恢复到室温时,烧杯底部有固体物质析出
(2)请补充并完成甲实验中从试剂瓶中取出钠到向水槽中投入钠的有关操作:用镊子从试剂瓶中取出一小块钠→用滤纸吸干表面的煤油,在玻璃片上用小刀切成绿豆大小的钠粒,并将多余的钠放回试剂瓶中→用镊子夹取金属钠投入到盛有Ca(HCO3)2溶液的水槽中.
(3)按图乙所示方法来收集产生的气体,需将钠包好,再放入水中.取相同质量的钠按下列几种情况收集产生的气体在相同条件下体积最大的是A.
A.用铝箔包住钠    B.用锡箔包住钠    C.直接将钠投入的水中
(4)用装满水的矿泉水瓶按图丙方法进行实验,(用手挤压矿泉水瓶共排出水的体积为112mL)塞紧带有钠的塞子,反应结束后,干瘪的带塞矿泉水瓶恰好恢复成原状,假设瓶内、瓶外均属于标准状况,则所用金属钠的质量是多少克?(写出计算过程)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.氮化硼( BN)是一种重要的功能陶瓷材料.以天然硼砂(主要成分Na2B4O7)为起始物,经过一系列反应可以得到BN和火箭高能燃料及有机合成催化剂BF3的过程如下:

(1)写出由B2O3制备BF3的化学方程式B2O3+3CaF2+3H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF3↑+3CaSO4+3H2O,BF3中,B原子的杂化轨道类型为sp2.
(2)已知:硼酸的电离方程式为H3BO3+H20?[B(OH)4]-+H+,试依据上述反应写出[Al( OH)4]-的结构式,并推测1mol NH4BF4(氟硼酸铵)中含有2NA个配位键.
(3)由12个硼原子构成如图1的结构单元,硼晶体的熔点为1873℃,则硼晶体的1个结构单元中含有30  个B-B键.

(4)氮化硼(BN)晶体有多种相结构.六方相氮化硼(晶体结构如图2)是通常存在的稳定相可作高温润滑剂.立方相氮化硼(晶体结构如图3)是超硬材料,有优异的耐磨性.
①关于这两种晶体的说法,不正确的是ad(填字母).
a.两种晶体均为分子晶体
b.两种晶体中的B-N键均为共价键
c.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软
d.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
②六方相氮化硼晶体结构与石墨相似却不导电,原因是六方相氮化硼晶体的片状结构中没有自由电子.
(5)一种硼酸盐的阴离子为B3O6n-,B3O6n-结构中只有一个六元环,B的空间化学环境相同,O有两种空间化学环境,画出B3O6n-的结构图(注明所带电荷数).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.从含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如下:

已知:CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S
(1)浸取时,若改用FeCl3溶液,也能生成CuCl和S,该反应化学方程式为CuFeS2+3FeCl3=CuCl+4FeCl2+2S.
(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2,则将其在空气中加热蒸干、灼烧后,所得固体的化学式为Fe2O3.
(3)调节溶液的pH后,除生成Cu外,还能产生一种金属离子,此金属离子是Cu2+.(填离子符号)
(4)过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有HCl和CuCl2,为保持流程持续循环,每生成1molCu,理论上需补充CuCl2的物质的量为0.5mol.
(5)冶炼工艺还可以将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧,使其转变为铜,化学方程式为:6CuFeS2+13O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Cu2S+2Fe3O4+9SO2、Cu2S+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+SO2此工艺与前一工艺相比主要缺点有会产生污染环境的气体SO2,(能耗高等).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

7.锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌,某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示:

回答下列问题:
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为ZnO.
(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的浸出操作.
(3)浸出液“净化”过程中加入的主要物质为锌粉,其作用是置换出Fe等.
(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极逸出的气是O2.
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质.“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为2ZnS+4H++O2=2Zn2++2S↓+2H2O.
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌,明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内,…,然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,…,冷淀,毁罐取出,…,即倭铅也.”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为ZnCO3+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Zn+3CO↑.(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,倭铅是指金属锌)

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

4.从固体混合物A出发可以发生如图所示的一系列变化.

G为不溶于稀硝酸的白色固体;溶液H的焰色反应呈紫色(透过蓝色的钴玻璃观察).回答下列问题:
(1)在实验室中收集气体C,可选择如图装置中的AC.

(2)操作②的名称是过滤.在操作②中所使用的玻璃仪器的名称是漏斗、玻璃棒、烧杯.在得到固体D时必须进行洗涤、干燥等操作,洗涤固体D的目的是除去附着在MnO2表面的K+、Cl-等离子.
(3)写出反应①的化学方程式、反应④的离子方程式:
反应①:2KClO3$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{△}$2KCl+3O2↑,
反应④:MnO2+2Cl-+4H+$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O.
(4)在实验室中,要获得干燥纯净的黄绿色气体F,可以将它依次通过如图中的Ⅰ、Ⅱ装置,其中瓶Ⅰ中盛放的是饱和食盐水,瓶Ⅱ中盛放的是浓硫酸.
(5)实验中必须吸收多余的气体F,以免污染空气.下图是实验室用NaOH溶液吸收气体F的装置,为防止产生倒吸现象,合理的装置是BCD.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.控制反应条件可改变化学反应速率.
(1)使用催化剂是改变化学反应速率的一种方法,例如H2O2在MnO2作用下分解,请写出该反应的化学方程式:2H2O2$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H2O+O2↑.
(2)经研究发现Fe3+和Cu2+对H2O2的分解也具有催化作用.
某研究小组为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,设计了如下实验,请将他们的实验方案补充完整:
实验目的:比较Fe3+和Cu2+对分解H2O2的催化效果
实验试剂:5%H2O2溶液,0.1mol/LFeCl3溶液,0.1mol/LCuSO4溶液
实验仪器:试管、胶头滴管
实验步骤:取两支试管各加入1mL5%H2O2溶液,分别滴加两滴0.1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/LCuSO4溶液.
该小组的同学可通过观察观察气泡产生的快慢以比较出Cu2+和Fe3+的催化效果.
问题与讨论:有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更合理,你认为他的理由是控制阴离子相同,可以排除阴离子的干扰.
(3)影响化学反应速率的因素除催化剂外,还有温度(浓度等)(答出一种即可),并举一例生产、生活实例加以说明:夏天食物易变质(酸雨加快钢铁腐蚀).

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