【同步讲义】高中化学(苏教版2019)选修第一册--综合复习与测试(1)
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一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.已知:①2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6 KJ·mol-1
②H2(g)+S(g)===H2S(g) ΔH=-20.1 KJ·mol-1,下列判断正确的是( )
A.若反应②中改用固态硫,则1 mol S(s)完全反应放出的热量大于20.1 KJ
B.①反应的正反应活化能大于逆反应活化能
C.由①②知,稳定性:H2O>H2S
D.氢气的燃烧热为241.8 KJ·mol-1
答案:C
解析:A.反应②中改为固态的硫,放出的热量小于20.1 KJ,故A错误;B.①为放热反应,根据活化能的定义,正反应的活化能小于逆反应的活化能,故B错误;C.①放出的热量多,说明生成物的能量低,更稳定,稳定性:H2O>H2S,故C正确;D.根据燃烧热的概念,H2生成H2O(液)时为氢气的燃烧热,故D错误。
2.反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( )
A.该反应ΔH>0、ΔS<0
B.该反应的平衡常数K=
C.高温下反应每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2
D.用E表示键能,该反应ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
答案:B
解析:A项,以H2为还原剂的反应属于吸热反应,ΔH>0,该反应中气体的物质的量增多,则ΔS>0,错误;B项,平衡常数表达式中,不写入固体物质,用生成物浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,正确;C项,没有指明H2在标准状况下的体积,错误;D项,1 mol Si中含有2 mol Si—Si键,没有写入计算表达式中,错误。
3.下列事实,不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.工业上采用高压条件合成氨气
B.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集Cl2
C.往盛有30%H2O2的试管中加入少许MnO2粉末,迅速产生大量气泡
D.室温下,pH=1的醋酸溶液加水稀释100倍后pH<3
答案:C
解析:A.合成氨的反应是气体体积缩小的反应,所以增加压强有利于平衡正向移动,能用勒夏特列原理解释,故A不选;B.氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,该反应存在溶解平衡,饱和食盐水中含有氯化钠电离出的氯离子,饱和食盐水抑制了氯气的溶解,所以实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释,故B不选;C.催化剂只改变反应的速率,平衡不移动,故C选;D.醋酸是弱电解质,醋酸溶液中存在电离平衡,加水稀释促进电离,则稀释100倍pH变化值小于2,即稀释100倍pH小于3,能用勒夏特列原理解释,故D不选。
4.已知:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)。该反应历程:
第一步2NO(g)N2O2(g)(快反应)
第二步N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢反应)
下列对上述反应过程表述正确的是( )
A.活化能:第一步>第二步
B.该化学反应的速率主要由第二步决定
C.N2O2为反应的催化剂,加入该物质可以改变总反应的焓变
D.在一定条件下c(NO)=c(NO2)时表明反应已经达到平衡
答案:B
解析:A.第一步为快反应,活化能更小,故A错误;B.第二步反应较慢,为决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的主要因素,故B正确;C.N2O2是反应的中间物质而非催化剂,也不能改变焓变,故C错误;D.c(NO)=c(NO2)不能表示正逆反应速率相等或各组分的含量保持不变,故D错误。
5.图Ⅰ的目的是精炼铜,图Ⅱ的目的是保护钢闸门。下列说法正确的是( )
A.图Ⅰ中a为纯铜
B.图Ⅰ中SO向a极移动
C.图Ⅱ中若a、b间连接电源,则a连接正极
D.图Ⅱ中若a、b间用导线连接,则X可以是铜
答案:A
解析:A.粗铜的精炼中,粗铜作阳极,纯铜作阴极,所以阴极a为纯铜,故A正确;B.电解时,电解质溶液中阴离子向阳极移动,所以Ⅰ中硫酸根离子向阳极b电极移动,故B错误;C.外加电流的阴极保护法中,被保护的金属连接原电池负极,所以图Ⅱ中如果a、b间连接电源,则a连接负极,故C错误;D.牺牲阳极的阴极保护法中,被保护的金属作原电池正极,图Ⅱ中如果a、b间用导线连接,则X作负极,其活泼性大于铁,故D错误。
6.煤气化后分离得到的CO和H2可用于合成1丙醇:3CO(g)+6H2(g)CH3CH2CH2OH(g)+2H2O(g)。在一定条件下,下列能说明上述反应达到平衡状态的是( )
A.2v(CO)消耗=3 v(H2O)生成
B.断裂3NA个H—H键的同时,生成30 g的1丙醇
C.若反应在绝热密闭容器中进行,容器中的压强已不再变化
D.若反应在恒容密闭容器中进行,混合气体的密度已不再改变
答案:C
解析:A.2v(CO)消耗=3v(H2O)生成,表示的都是正反应速率,无法判断正逆反应速率是否相等,故A错误;B.30 g 1丙醇的物质的量为=0.5 mol,断裂3NA个(3 mol)H—H键的同时,生成30 g(0.5 mol)1丙醇,表示的都是正反应速率,无法判断是否达到平衡状态,故B错误;C.该反应为气体体积缩小的反应,反应过程中压强为变量,当容器中的压强已不再变化时,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故C正确;D.该反应前后都是气体,气体总质量为定值,恒容容器内气体总体积不变,根据ρ=可知,混合气体的密度始终不变,不能根据混合气体密度判断平衡状态,故D错误。
7.在一定温度下的定容密闭容器中,发生反应:2NO2(g)N2O4(g)。下列给的有关量不再变化时,不能表明该反应已达平衡状态的是( )
A.混合气体的压强 B.混合气体的密度
C.混合气体的颜色 D.
答案:B
解析:A.混合气体的压强不变,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,故A不选;B.气体的质量和体积一直不变,所以混合气体的密度始终不变,不能作平衡状态的标志,故B选;C.混合气体的颜色不变,说明二氧化氮气体的物质的量浓度不变,反应达平衡状态,故C不选;D.Qc==K,说明反应达平衡状态,故D不选。
8.下列实验操作或现象不能用平衡移动原理解释的是( )
答案:C
解析:A.存在平衡2NO2N2O4,且正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,所以气体颜色加深,降低温度平衡向着正反应方向移动,气体颜色变浅,可以用平衡移动原理来解释,故A不选;B.二氧化碳在水中存在溶解平衡,塞上瓶塞时压强较大,不会有气泡生成,打开瓶塞后压强减小,生成气泡,可以用勒夏特列原理解释,故B不选;C.催化剂不影响平衡,不能用勒夏特列原理解释,故C选;D.铁离子水解生成氢氧化铁和氢离子,该反应为可逆反应,加入浓盐酸可抑制铁离子水解,能够用勒夏特列原理解释,故D不选。
9.根据下列图示所得出的结论不正确的是( )
A.图①表示等pH的NaOH溶液与氨水稀释过程中的pH变化,曲线a为氨水
B.图②表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下,反应过程中的能量变化
C.图③表示CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的反应速率随时间的变化,在t1时改变的条件可以是压缩容器体积
D.图④表示向H2SO4溶液中滴加等体积、等物质的量浓度Ba(OH)2溶液时导电性变化
答案:D
解析:A.稀释时强碱溶液的pH变化大,由图可知,曲线a对应氨水,故A正确;B.图中反应物总能量小于生成物总能量为吸热反应,催化剂可降低反应的活化能,所以图②表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下,反应过程中的能量变化,故B正确;C.t1时正逆反应速率同等程度增大,且反应为体积不变的反应,则t1时改变的条件可以是压缩容器体积,故C正确;D.向H2SO4溶液中加入等体积、等物质的量浓度的Ba(OH)2溶液发生反应刚好生成硫酸钡和水,离子浓度减小导电性减弱,完全中和导电性接近于0,不会再上升,故D错误。
10.下列实验操作规范且能达到目的的是( )
选项
实验目的
实验操作
A
证明:Ksp(AgCl)> Ksp(AgI)
向2 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液中滴加几滴0.1 mol·L-1的NaCl溶液,再滴加几滴0.1 mol·L-1 NaI溶液
B
证明非金属性:Cl>C
分别用玻璃棒蘸取NaClO与Na2CO3溶液,点在湿润的pH试纸上
C
配制AgNO3溶液
将AgNO3固体溶于适量浓硝酸中,再加水稀释至所需浓度
D
探究浓度对化学
反应速率的影响
常温下,用相同大小的铁片分别与浓硫酸、稀硫酸反应
答案:C
解析:A.硝酸银过量,均有沉淀生成,不能比较Ksp大小,故A错误;B.可比较HClO与碳酸氢根离子的酸性,应由最高价含氧酸的酸性比较非金属性,故B错误;C.AgNO3固体溶于适量HNO3,可抑制银离子水解,再加水稀释至所需浓度可配制,故C正确;D.常温下Fe遇浓硫酸发生钝化,不能比较浓度对速率的影响,故D错误。
11.下列两组实验,将CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中:发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),结合表中数据,下列说法错误的是( )
实验组
温度℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡
所需时间/min
H2O
CO
H2
CO
1
650
2
4
1.6
2.4
5
2
900
1
2
0.4
1.6
3
A.混合气体的密度不再变化但反应不一定达到平衡
B.实验2中,反应达到平衡后,H2O的体积分数为30%
C.0~5 min内,实验1的反应速率v(CO)=0.16 mol·L-1·min-1
D.该反应的正反应是放热反应
答案:B
解析:A.该反应反应前与反应后气体质量不改变,容器体积不变,根据密度ρ=,可知,该反应过程中密度ρ不随时间而变化,所以混合气体的密度不再变化不能说明反应达到平衡,故A正确;B.根据表中数据列三段式:
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
起始量/ mol: 2 1 0 0
转化量/ mol: 0.4 0.4 0.4 0.4
平衡量/ mol: 1.6 0.6 0.4 0.4
V(H2O)%===20%,故B错误;C.起始时n(CO)=4 mol,平衡时n(CO)=2.4 mol,Δn(CO)=4 mol-2.4 mol=1.6 mol,v(CO)====0.16 mol·L-1·min-1,故C正确;D.由于该反应m+n=p+q,且体积不变,若实验1与实验2温度相同,则两实验形成等效平衡,物质的量同比例变化,即实验2中的平衡数据为实验1中对应平衡数据的一半,但实际上,H2的物质的量偏少,CO的物质的量偏多,说明实验2升高温度后平衡逆向移动,所以该反应为放热反应,故D正确。
12.1,3丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2加成或1,4加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0 ℃和40 ℃时,1,2加成产物与1,4加成产物的比例分别为 70∶30 和15∶85。下列说法正确的是( )
A.1,2加成产物比1,4加成产物稳定
B.与0 ℃相比,40 ℃时1,3丁二烯的转化率增大
C.从0 ℃升至40 ℃,1,2加成正反应速率增大,1,4加成正反应速率减小
D.从0 ℃升至40 ℃,1,2加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
答案:D
解析:根据图像分析可知该加成反应为放热反应,且生成的1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低。能量越低越稳定,即1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定,故A错误;该加成反应不管生成1,4-加成产物还是1,2-加成产物,均为放热反应,则升高温度,不利于1,3-丁二烯的转化,即在40 ℃时其转化率会减小,故B错误;从0 ℃升至40 ℃,化学反应速率均增大,即1,4-加成和1,2-加成反应的正反应速率均会增大,故C错误;从0 ℃升至40 ℃,对于1,2-加成反应来说,化学平衡逆向移动,即1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,故D正确。
13.锂空气电池是高能量密度的新型电池,结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.固体电解质只有Li+可通过
B.电池反应为4Li+O2Li2O
C.充电时,水性电解液的pH将升高
D.放电时,若外电路有1 mol e-通过时,理论上将消耗1.12 L O2(标准状况)
答案:A
解析:A.Li+向正极移动,正极区Li+与氢氧根离子结合形成LiOH,固体电解质只有Li+可通过,故A正确;B.正极上是氧气得电子生成氢氧根离子,则电极方程式为O2+4e-+2H2O===4OH-,Li在负极失电子生成Li+,电极反应为Li-e-===Li+,总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH,故B错误;C.充电时,反应为4LiOH4Li+O2+2H2O,水性电解液的pH将降低,故C错误;D.放电时,根据总反应:4Li+O2+2H2O===4LiOH,若外电路有4 mol e-通过时,理论上将消耗1 mol氧气,所以若外电路有1 mol e-通过时,理论上将消耗5.6 L O2(标准状况),故D错误。
14.某新型可充电电池构造如图所示,工作时(需先引发铁和氯酸钾的反应,从而使LiClKCl共晶盐熔化)某电极(记为X)的反应式之一为xLi++xe-+LiV3O8===Li1+xV3O8。下列说法正确的是( )
A.放电时,正极上的电极反应式为Li-e-===Li+
B.放电时,总反应式为xLi+LiV3O8===Li1+xV3O8
C.充电时,X电极与电源负极相连
D.充电时,X电极的质量增加
答案:B
解析:由题干所给电极反应式可知X电极发生得电子的还原反应,故X电极是正极,结合题图知,X电极是LiV3O8,则LiSi合金是负极,负极的电极反应式为Li-e-===Li+,结合X电极的电极反应式可知放电时总反应式为xLi+LiV3O8===Li1+xV3O8,A项错误,B项正确;充电时,X电极应与电源正极相连,C项错误;充电时,X电极的电极反应与放电时X电极的电极反应互为逆反应,则充电时X电极的质量减轻,D项错误。
15.科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH)
B.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 mol
C.充电时,电池总反应为2Zn(OH)===2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
D.充电时,正极溶液中OH-浓度升高
答案:D
解析:放电时,负极上Zn发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH),故A正确;放电时,CO2转化为HCOOH,C元素化合价降低2,则1 mol CO2转化为HCOOH时,转移电子数为2 mol,故B正确;充电时,阳极上H2O转化为O2,负极上Zn(OH)转化为Zn,电池总反应为2Zn(OH)===2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,故C正确;充电时,正极即为阳极,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,溶液中H+浓度增大,溶液中c(H+)·c(OH-)=Kw,温度不变时,Kw不变,因此溶液中OH-浓度降低,故D错误。
16.常温下,向100 mL 0.01 mol·L-1HA溶液中逐滴加入0.02 mol·L-1的MOH溶液,混合溶液的pH随所加MOH溶液体积的变化曲线如图所示(溶液体积的变化忽略不计)。下列说法中正确的是( )
A.MOH为一元强碱
B.K点对应的溶液中:c(M+)+c(MOH)=2c(A-)
C.K点对应的溶液中:c(MOH)+c(OH-)-c(H+)=0.01 mol·L-1
D.N点水的电离程度小于K点水的电离程度
答案:B
解析:A.根据图知,0.01 mol·L-1的HA溶液的pH=2,说明HA溶液中c(H+)=c(HA),则HA是一元强酸,N点溶液呈中性,N点溶液MOH过量,则N点溶质为MA和MOH,所以MOH为一元弱碱,故A错误;B.K点溶液中溶质为等物质的量浓度的MOH、MA,溶液中存在物料守恒,根据物料守恒得c(M+)+c(MOH)=2c(A-),故B正确;C.K点溶液中溶质为等物质的量浓度的MOH、MA,溶液中存在物料守恒、电荷守恒,根据电荷守恒得c(M+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-),根据物料守恒得c(M+)+c(MOH)=2c(A-),所以得c(M+)+2c(H+)=2c(OH-)+c(MOH),c(MOH)+c(OH-)-c(H+)=c(M+)+c(H+)-c(OH-)=c(OH-)+c(A-)-c(OH-)=c(A-)==0.005 mol·L-1<0.01 mol·L-1,故C错误;D.酸或碱抑制水电离,弱离子促进水电离,酸浓度N<K,所以水电离程度N>K,故D错误。
二、非选择题
17.(1)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1
则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为____________________________________________。
(2)图中甲池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O。
①甲池中负极上的电极反应式为____________________________________。
②乙池中石墨电极上发生的反应为__________________________________。
③要使乙池恢复到电解前的状态,应向溶液中加入适量的________。
A.CuO B.Cu(OH)2 C.CuCO3 D.CuSO4
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
①利用原电池原理,用SO2、O2和H2O来制备硫酸,该电池用多孔材料作电极,它能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式:
____________________________________________________。
②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液,然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如图。请写出开始时阳极反应的电极反应式:_________________________________________。
答案:(1)CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7 kJ·mol-1
(2)①N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O ②2H2O-4e-===O2↑+4H+或4OH--4e-===2H2O+O2↑
③A、C
(3)①SO2+2H2O-2e-===SO+4H+ ②HSO+H2O-2e-===SO+3H+
解析:(1)已知①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1②CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1根据盖斯定律(②×3-①×2+③×2)可得CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)的ΔH=-764.7 kJ·mol-1;
(2)①根据甲池总反应得到甲池为原电池,N2H4中氮化合价升高,作原电池负极,因此甲池中负极上的电极反应式为N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O。②乙池中石墨连接电源的正极,石墨为阳极,其电极上发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+或4OH--4e-===2H2O+O2↑。③乙池电解得到铜和氧气,只需将生成的物质两者反应即得到氧化铜,再加入反应后的溶液中就能使乙池恢复到电解前的状态,应向溶液中加入适量的氧化铜,而碳酸铜加入后释放出二氧化碳,相当于加入的氧化铜,因此答案为A、C。
(3)①利用原电池原理,用SO2、O2和H2O来制备硫酸,SO2中S化合价升高,为原电池负极,因此电池负极的电极反应式SO2+2H2O-2e-===SO+4H+。②用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液,然后电解该溶液可制得硫酸,HSO失去电子得到硫酸,为电解池的阳极,因此开始时阳极反应的电极反应式:HSO+H2O-2e-===SO+3H+。
18.研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。请回答下列问题:
(1)在一恒温恒容密闭容器中发生反应:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g) ΔH<0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列对该反应的说法中正确的是__________(填字母)。
A.增加Ni的量可提高CO的转化率,Ni的转化率降低
B.缩小容器容积,平衡右移,ΔH减小
C.反应达到平衡状态后,充入CO,再次达到平衡状态时,原CO的体积分数减小
D.当4v[Ni(CO)4]=v(CO)或容器中混合气体的密度不变时,都可说明反应已达到化学平衡状态
(2)金属氧化物可与一氧化碳发生氧化还原反应生成金属单质和二氧化碳。四种金属氧化物(Cr2O3、SnO2、PbO2、Cu2O)被一氧化碳还原时,lg与温度(T)的关系曲线如图所示:
700 ℃时,其中最难被还原的金属氧化物是__________(填化学式),用一氧化碳还原该金属氧化物时,若反应方程式的系数之比为最简整数比,该反应的平衡常数(K)的值为__________。
(3)将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
测得CH3OH的物质的量随时间的变化情况如图所示。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的化学平衡常数的关系为K(Ⅰ)________(填“>”“<”或“=”)K(Ⅱ)。
②一定温度下,在容积相同且固定的甲、乙两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡状态:
容器
甲
乙
反应物投入量
1 mol CO2、3 mol H2
a mol CO2、b mol H2、c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)
若甲容器中平衡后气体的压强为起始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且保持起始时化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为__________。
答案:(1)C (2)Cr2O3 10-12 (3)①> ②0.4
(2)700 ℃时,lg越大,则K越小,说明反应正向进行的程度越小,金属氧化物越难被还原,根据图像,Cr2O3对应的lg最大,所以Cr2O3最难被还原;700 ℃时,Cr2O3对应的lg=4,得=104,结合Cr2O3与CO反应的化学方程式Cr2O3(s)+3CO(g)2Cr(s)+3CO2(g),可得K==10-12。
(3)①由图像判断曲线Ⅱ对应的温度高于曲线Ⅰ对应的温度,但曲线Ⅰ对应的甲醇在平衡时的物质的量较多,故温度升高平衡逆向移动,化学平衡常数减小,正反应放热。②平衡后甲容器中物质的总物质的量为4 mol×0.8=3.2 mol,Δn=4 mol-3.2 mol=0.8 mol。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) Δn=2
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.4 1.2 0.4 0.4 0.8
平衡量/mol 0.6 1.8 0.4 0.4
若保持起始时化学反应逆向进行,则c>0.4,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,c最高为1,所以c的取值范围为0.4
甲醇合成反应:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1=-90.1 kJ·mol-1
(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1
水煤气变换反应:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ·mol-1
二甲醚合成反应:
(ⅳ)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-24.5 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是_______________________________________________________________________(以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响_______________________________________________
________________________________________________________________。
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为
______________________________________________________________。
根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响_____________________________
____________________________________________________________________。
(4)有研究者在催化剂(含CuZnAlO和Al2O3),压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示,其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________
_____________________________________________________________________。
答案:(1)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(2)二甲醚合成反应(ⅳ)消耗甲醇,使甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移,CO的转化率增大;二甲醚合成反应(ⅳ)生成的水,通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO
(3)2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ·mol-1
该反应正反应为气体分子数减少的反应,压强增大,平衡右移,反应物转化率增加,产物产率增加。增大压强使反应物浓度增加,则反应速率增大
(4)反应放热,温度升高,平衡左移
解析:(1)工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是
①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,②NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,③2Al(OH)3Al2O3+3H2O。
(2)二甲醚合成反应(ⅳ)消耗甲醇,使甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移,CO的转化率增大。二甲醚合成反应(ⅳ)生成的水,通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO。
(3)(ⅰ)×2+(ⅳ)可得热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g),所以其ΔH=[-90.1×2+(-24.5)]kJ·mol-1=-204.7 kJ·mol-1,所以热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ·mol-1
也可以用(ⅱ)×2+(ⅲ)×2+(ⅳ)求;该反应正反应为气体分子数减少的反应,压强增大,平衡右移,反应物转化率增加,产物产率增加;增大压强,使反应物浓度增加,则反应速率增大。
(4)根据图像,其中CO转化率随温度升高而降低,主要的原因是反应放热,温度升高,平衡左移。
20.几种物质的溶度积常数见下表:
物质
Cu(OH)2
Fe(OH)3
CuCl
CuI
Ksp
2.2×10-20
2.6×10-39
1.7×10-7
1.3×10-12
(1)某酸性CuCl2溶液中含少量的FeCl3,为制得纯净的CuCl2溶液,宜加入________调至溶液pH=4,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,此时溶液中的c(Fe3+)=________________。
(2)过滤后,将所得滤液经过_____________,_____________操作,可得到CuCl2·2H2O晶体。
(3)由CuCl2·2H2O晶体得到纯的无水CuCl2,需要进行的操作是_____________________________。
(4)某学习小组用“间接碘量法”测定含有CuCl2·2H2O晶体的试样(不含能与I-发生反应的氧化性杂质)的纯度,过程如下:取0.800 g试样溶于水,加入过量KI固体,充分反应,生成白色沉淀。用0.100 0 mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定,到达滴定终点时,消耗Na2S2O3标准溶液40.00 mL。(已知:I2+2S2O===S4O+2I-)。
①可选用________作滴定指示剂,滴定终点的现象_______________________________________。
②CuCl2溶液与KI反应的离子方程式为____________________________________________。
③该试样中CuCl2·2H2O的质量百分数为________。
答案:(1)CuO或碱式碳酸铜、氢氧化铜 2.6×10-9mol·L-1
(2)蒸发浓缩 冷却结晶
(3)在HCl气氛中加热 (4)①淀粉 溶液由蓝色变成无色且半分钟不变化
②2Cu2++4I-===2CuI↓+I2 ③85.5%
解析:(1)加入CuO或Cu2(OH)2CO3、Cu(OH)2,与Fe3+水解产生的H+反应,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,当pH=4时,由Fe(OH)3的Ksp计算c(Fe3+)。
(3)由CuCl2·2H2O晶体得到纯的无水CuCl2,需考虑避免Cu2+的水解产生杂质。
(4)CuCl2溶液与KI发生反应:2Cu2++4I-===2CuI↓+I2,所以需选用淀粉作指示剂,当溶液由蓝色变为无色,且半分钟不变化,确定达到滴定终点;再结合方程式:I2+2S2O===S4O+2I-和2Cu2++4I-===2CuI↓+I2,得到关系式:2Cu2+~I2~2S2O,确定晶体试样的纯度。
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