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2020届高考化学二轮复习化学反应原理综合题作业
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化学反应原理综合题
1.(2019河南六市高三第一次联考)工业上利用N2和H2可以实现合成氨气,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产。请回答下列有关问题:
(1)已知N2(g)+O2(g)2NO(g)
ΔH=+180.5 kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ. mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-483.6 kJ·mol-1
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸气的热化学方程式为 。
(2)在一定体积的密闭容器中,进行化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),该反应的化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
t/K
298
398
498
K
4.1×106
K1
K2
①比较K1、K2的大小:K1 K2(填“>”“=”或“<”);
②在恒温恒压下判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填序号);
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)
B.2v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(3)硝酸工业的尾气NO可用于制备NH4NO3,其工作原理如图。
①其阴极的电极反应式为 。
②常温下,1 L pH=6的NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)= mol·L-1。
(4)工业上生产尿素的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在T ℃时,向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol NH3和3 mol CO2,反应达到平衡时,c(NH3)=0.5 mol·L-1,c(CO2)=0.25 mol·L-1。若此时保持T ℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3 mol NH3,则此时反应的v正 (填“>”“<”或“=”)v逆。再次平衡后,平衡常数为 。
(5)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,若向50 mL 0.09 mol·L-1的AgNO3溶液中加入50 mL 0.10 mol·L-1的盐酸,混合后溶液中的Ag+的浓度为 mol·L-1。
2.(2019山东青岛二中高三期末)C、S和Cl元素的单质及化合物在工业生产中的有效利用备受关注。请回答下列问题:
(1)已知:Ⅰ.2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)2H2SO4(aq) ΔH1
Ⅱ.Cl2(g)+H2O(l)HCl(aq)+HClO(aq) ΔH2
Ⅲ.2HClO(aq)2HCl(aq)+O2(g) ΔH3
SO2(g)+Cl2(g)+2H2O(l)2HCl(aq)+H2SO4(aq)
ΔH4= (用含有ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
(2)25 ℃时,H2SO3溶液中各含硫微粒的物质的量分数(δ)与溶液pH的变化关系如图甲所示。
甲
乙
已知25 ℃时,NaHSO3的水溶液pH<7,用图中的数据通过计算解释原因 。
(3)NaClO2是一种绿色消毒剂和漂白剂,工业上采用电解法制备NaClO2的原理如图乙所示。
①交换膜应选用 (填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。
②阳极的电极反应式为 。
(4)一定温度下,向2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO和1 mol SO2,发生反应2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) ΔH=-270 kJ·mol-1,若反应进行到20 min时达平衡,测得CO2的体积分数为0.5,则前20 min的反应速率v(CO)= ,该温度下反应化学平衡常数K= 。
(5)在不同条件下,向2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO和1 mol SO2,反应体系总压强随时间的变化如图所示:
①图中三组实验从反应开始至达到平衡时,v(CO)最大的为 (填序号)。
②与实验a相比,c组改变的实验条件可能是 。
3.(2019湖南湖北八市十二校高三调研联考)二甲醚又称甲醚,简称DME,熔点-141.5 ℃,沸点-24.9 ℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH1=-90.0 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH2=-20.0 kJ·mol-1
回答下列问题。
(1)已知H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1,若由合成气(CO、H2)制备1 mol CH3OCH3(g),且生成H2O(l),其热化学方程式为 。
(2)有人模拟该制备原理。500 K时,在2 L的密闭容器中充入2 mol CO和6 mol H2,5 min后达到平衡,平衡时测得c(H2)=1.8 mol·L-1、c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1,此时CO的转化率为 。用CH3OH表示反应①的速率是 mol·(L·min)-1,可逆反应②的平衡常数K2= 。
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,下列说法正确的是 。
A.平衡向正反应方向移动
B.平衡移动的原因是升高了温度
C.达到新平衡后体系的压强不变
D.容器中CH3OCH3的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入CO(g)和H2(g)进行反应①,平衡时CO(g)和H2(g)的转化率如图所示,则a= (填数值)。
(5)绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图所示,电解质为熔融态的碳酸盐(如熔融K2CO3),其中CO2会参与电极反应。工作时正极的电极反应式为 。
4.(2019成都外国语学校高三“一诊”模拟)丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。反应原理如下为C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1。
(1)一定温度下,向10 L恒容密闭容器中充入2 mol C3H8发生反应,经过10 min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.75倍。
①0~10 min内丙烯的生成速率v(C3H6)= ,C3H8的平衡转化率为 。
②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是 。
A.气体密度保持不变
B.[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不变
C.ΔH1保持不变
D.C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等
(2)总压强分别为p1和p2时,上述反应在不同温度下达到平衡,测得丙烷及丙烯的物质的量分数如下图所示:
①压强:p1 (填“>”或“<”)p2。
②为了提高反应速率和反应物的转化率,可采取的措施是 。
③若p1=0.1 MPa,起始时充入一定量的丙烷发生反应,计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
④在0.1 MPa、527 ℃条件下,向恒容密闭容器中通入丙烷和稀有气体,发生丙烷脱氢反应,随着n(稀有气体)n(丙烷)的增加,丙烷脱氢转化率逐渐增大。试解释原因 。
(3)在实际生产中,还可能存在如下副反应:
C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)
ΔH2=+81.7 kJ·mol-1
C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) ΔH3
C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g)
ΔH4=-54.8 kJ·mol-1
则ΔH3= 。
5.(2019湖南衡阳高考化学二模)汽车尾气排放的CO、NOx等气体是大气污染的主要来源,NOx也是大雾天气的主要成因之一。
(1)科学家研究利用催化技术将尾气中有害的NO和CO转变成无害的气体,其热化学方程式为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
ΔH1=-746.5 kJ·mol-1。
已知:2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH2=-221.0 kJ·mol-1,
CO2(g)C(s)+O2(g)
ΔH3=+393.5 kJ·mol-1。
①C(s)的燃烧热ΔH= 。
②NO(g)分解成两种气体单质的热化学方程式为 。
(2)一定温度下,向初始容积均为2 L的A、B、C三个容器中,均投入5 mol CO气体和4 mol NO气体发生如下反应:2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)。
①如图表示该反应中NO的平衡转化率(α)随温度、压强变化的示意图,则X代表的物理量是 ,Y1 Y2(填“>”或“<”)。
②反应过程中,A容器中保持恒温恒压,B容器中保持恒温恒容,C容器中保持绝热恒容。下列说法错误的是 。
a.B、C两个容器中反应达到平衡所用的时长关系是tB>tC
b.3个容器中NO的平衡转化率的大小顺序为αA>αB>αC
c.当A容器内气体平均摩尔质量不变时,说明该反应处于化学平衡状态
d.当B容器内气体密度保持不变时,说明该反应处于化学平衡状态
③当B容器中保持平衡时,NO所占体积分数为25%,则相同温度下,A容器中逆反应的平衡常数K= (保留两位有效数字)。
(3)利用反应NO2+NH3N2+H2O(未配平)消除用电器中NO2的简易装置如图所示。
①a电极上的反应式为 。
②常温下,若用该电池电解0.6 L饱和食盐水,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则理论上b电极上消耗B气体的体积为 mL(标准状况,假设电解过程中溶液体积不变)。
6.(2019河北衡水中学高三一调)H2是一种清洁能源。在冶金、电力、材料等领域应用广泛。请回答下列问题:
(1)某科研团队利用透氧膜获得N2、H2的工作原理如图甲所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)。上述过程中,膜Ⅰ侧所得气体的物质的量之比n(H2)∶n(N2)=3∶1,则CH4、H2O与O2反应的化学方程式为 。
甲
(2)用H2和CO合成甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1。已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
(3)向容积可变的密闭容器中充入1 mol CO和2.2 mol H2,在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),平衡时CO的转化率[α(CO)]随温度、压强的变化情况如图乙所示。
乙
丙
①压强:p1 (填“>”“<”或“=”)p2。
②M点时,H2的转化率为 (计算结果精确到0.1%),该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③不同温度下,该反应的平衡常数的对数值(lg K)如图丙所示,其中,A点为506 K时平衡常数的对数值,则B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lg K与温度(T)的关系的是 。
(4)H2还原NO的反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(l),实验测得反应速率的表达式为v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,反应速率与反应物浓度的变化关系如下表所示。
编号
c(H2)(mol·L-1)
c(NO)(mol·L-1)
vmol·(L·min)-1
1
0.10
0.10
0.414k
2
0.10
0.20
1.656k
3
0.50
0.10
2.070k
由表中数据可知,m= ,n= 。
②上述反应分两步进行:ⅰ.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应);ⅱ.H2O2(l)+H2(g)2H2O(l)(快反应)。下列叙述正确的是 (填字母)。
A.H2O2是该反应的催化剂
B.反应ⅰ的活化能较高
C.总反应速率由反应ⅱ的速率决定
D.反应ⅰ中NO和H2的碰撞仅部分有效
7.(2019湖北武汉一模)氧化二氯(Cl2O)是次氯酸的酸酐,用作氯化剂,其部分性质如下:
物理性质
化学性质
常温下,Cl2O是棕黄色、有刺激性气味的气体。
熔点是-120.6 ℃;沸点是2.0 ℃
Cl2O不稳定,接触一般有机物易爆炸;它易溶于水,同时反应生成次氯酸
实验室制备原理:2Na2CO3+H2O+2Cl22NaCl+2NaHCO3+Cl2O。现用下列装置设计实验制备少量Cl2O,并探究相关物质的性质。
(1)装置A中仪器X的名称为 。
(2)若气体从左至右流动,装置的连接顺序是A、 (每个装置限用一次)。
(3)装置F中盛装试剂的名称为 。
(4)A中反应的离子方程式为 。
(5)当D中收集适量液态物质时停止反应,设计简单实验证明B中残留固体中含有NaHCO3: 。
(6)实验完成后取E中烧杯内溶液滴加品红溶液发现溶液褪色。该课题组设计实验探究溶液褪色的原因。
序号
0.1 mol·L-1
NaClO溶
液/mL
0.1 mol·L-1
NaCl溶液/
mL
0.1 mol·L-1
NaOH溶液/
mL
H2O
/mL
品红
溶液
现象
Ⅰ
5.0
0
0
5.0
3滴
较快
褪色
Ⅱ
0
5.0
a
0
3滴
不
褪色
Ⅲ
5.0
0
5.0
0
3滴
缓慢
褪色
①a= 。
②由上述实验得出的结论是 。
8.(2019山东日照一模)为测定某样品中氟元素的质量分数进行如下实验,利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为氟化氢(氢氟酸为低沸点酸,含量低,不考虑对玻璃仪器的腐蚀),用水蒸气蒸出,再通过滴定测量。实验装置如下图所示,加热装置省略。
(1)A的名称是 ,长导管用于平衡压强,实验过程中其下端 (填“能”或“不能”)在液面以上。
(2)仪器C是直形冷凝管,实验过程中,冷却水应从 (填“a”或“b”)口出。
(3)实验时,首先打开活塞K,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即 。
(4)连接水蒸气发生装置和反应装置之间的玻璃管常裹以石棉绳,其作用是 。
(5)B中加入一定体积高氯酸和1.00 g氟化稀土矿样,D中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。加热A、B,使A中产生的水蒸气进入B。
①下列物质不可代替高氯酸的是 (填标号)。
a.醋酸 b.硝酸 c.磷酸 d.硫酸
②D中主要反应的离子方程式为 。
(6)向馏出液中加入25.00 mL 0.100 mol·L-1 La(NO3)3溶液,得到LaF3沉淀,再用0.100 mol·L-1 EDTA标准溶液滴定剩余La3+(La3+与EDTA按1∶1络合),消耗EDTA标准溶液20.00 mL,则氟化稀土样品中氟的质量分数为 。
9.(2019广东珠海一模)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)是一种易水解、受热易分解的白色固体,某研究小组用下图所示的实验装置制备氨基甲酸铵,反应原理为:2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s) ΔH<0。
(1)仪器B的名称是 。
(2)打开活塞K,装置E中由固体药品所产生的气体就立即进入装置D,则该固体药品的名称为 。
(3)装置D为制备氨基甲酸铵的反应器(CCl4充当惰性介质),在合适催化剂下搅拌一段时间。
①反应在冰水浴中进行的原因为 。
②当CCl4液体中产生较多晶体悬浮物时,即停止反应, (填操作名称)分离得到粗产品。
(4)仪器G的作用有: 。
(5)该实验装置中有一处不足,改进方法是 。
(6)已知氨基甲酸铵可完全水解为碳酸氢铵,则该反应的化学方程式为 。
(7)为测定某样品中氨基甲酸铵的质量分数,某研究小组用该样品进行实验,已知杂质不参与反应,请补充完整测定某样品中氨基甲酸铵质量分数的实验方案[限选试剂:蒸馏水、澄清石灰水、Ba(OH)2溶液]:用天平称取一定质量的样品,加水溶解, ,测量的数据取平均值进行计算。
参考答案
1.答案 (1)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-905.0 kJ·mol-1
(2)①> ②AD
(3)①NO+5e-+6H+NH4++H2O ②10-6
(4)< 16
(5)3.6×10-8
解析 (1)①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.5 kJ·mol-1,②N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1。根据盖斯定律①×2-②×2+③×3得4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-905.0 kJ·mol-1。
(2)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,正反应放热,升高温度平衡逆向移动,K减小,所以K1>K2。②2v正(H2)=3v逆(NH3),正、逆反应速率比等于计量数比,一定达到平衡状态,A正确;2v正(N2)=v逆(H2),正、逆反应速率比不等于计量数比,没有达到平衡状态,B错误;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在恒温恒压下反应,压强是恒量,容器内压强保持不变,不一定达到平衡状态,C错误;根据ρ=m(总)V(总),在恒温恒压下反应,气体总质量不变、容器体积变小,所以密度是变量,混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡,D正确。
(3)①阴极发生还原反应,根据示意图,NO在阴极得电子发生还原反应生成NH4+,所以阴极电极反应式为NO+5e-+6H+NH4++H2O。②pH=6的NH4NO3溶液中,c(H+)=10-6 mol·L-1,根据质子守恒可知,NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)=c(H+)=10-6 mol·L-1。
(4)平衡常数K=1c2(NH3)·c(CO2)=10.52×0.25=16。同温同压下,体积比等于物质的量比,设T ℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3 mol NH3,容器体积为V,4 L0.5mol·L-1×4 L+0.25 mol·L-1×4 L=
V0.5mol·L-1×4 L+0.25 mol·L-1×4 L+3 mol,V=8 L,此时Q=1(58)2×(18)>16,即Q>K,反应逆向进行,即v正
2.答案 (1)(ΔH1+2ΔH2+ΔH3)/2
(2)由图中数据可以计算出Ka2(H2SO3)=10-7.2,Ka1(H2SO3)=10-1.9,所以HSO3-的水解常数是10-12.1,HSO3-电离程度大于水解程度,溶液显酸性
(3)①阳离子交换膜 ②2Cl--2e-Cl2↑
(4)0.03 mol·(L·min)-1 11.25
(5)①b ②升高温度
解析 (1)利用盖斯定律可得ΔH4=(ΔH1+2ΔH2+ΔH3)/2。
(2)根据图像pH=1.9的交点计算电离常数Ka1(H2SO3)=c(HSO3-)×c(H+)c(H2SO3)=10-1.9,HSO3-的水解常数Kh=KWKa1(H2SO3)=10-12.1,根据pH=7.2的交点计算Ka2=c(SO32-)×c(H+)c(HSO3-)=10-7.2,由于HSO3-的水解常数Kh小于其电离常数Ka2,所以亚硫酸氢根离子电离程度大于水解程度,则NaHSO3的水溶液pH<7。
(3)仔细分析图像中的反应物和产物,可以看出左侧由ClO2制备NaClO2,需要Na+从右侧移到左侧,所以判定为阳离子交换膜,根据Na+的移动方向可知左侧为阴极,右侧为阳极,阳极电极反应式2Cl--2e-Cl2↑。
(4) 2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) ΔH=-270 kJ·mol-1
c(初) 1 0.5 0
Δc x x2 x
c(平) 1-x 0.5(1-x) x
根据题意可知0.5=x1-x+0.5(1-x)+x,计算得出x=0.6
v(CO)=ΔcΔt=0.620=0.03 mol·(L·min)-1,K=x2(1-x)2×0.5×(1-x)=0.62(1-0.6)2×0.5×(1-0.6)=11.25。
(5)①根据斜率可以看出b曲线单位时间内变化最快,所以图中三组实验从反应开始至达到平衡时,v(CO)最大的为b。②由于反应物的量和容器容积都相同,c组比a组的压强大,则应是升高了温度。所以与实验a相比,c组改变的实验条件可能是升高温度。
3.答案 (1)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l) ΔH2=-244.0 kJ·mol-1
(2)60% 0.12 1
(3)BD (4)2
(5)2CO2+O2+4e-2CO32-
解析 (1)给H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1编号为③,根据盖斯定律,①×2+②-③得2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l) ΔH2=-244.0 kJ·mol-1。
(2)由已知,CO和H2按照物质的量之比1∶2反应,H2反应了6 mol-1.8 mol·L-1×2 L=2.4 mol,所以CO反应了1.2 mol,此时CO的转化率为1.2mol2mol×100%=60%。根据反应①,生成1.2 mol CH3OH,用CH3OH表示反应①的速率是1.2 mol÷2 L÷5 min=0.12 mol·(L·min)-1。由c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1,可得反应②H2O(g)的平衡浓度为0.2 mol·L-1,反应②CH3OH(g)的平衡浓度为1.2 mol÷2 L-2×0.2 mol·L-1=0.2 mol·L-1,所以可逆反应②的平衡常数K2=c(CH3OCH3)·c(H2O)c2(CH3OH)=0.2×0.20.22=1。
(3)化学平衡常数只受温度影响,反应②正向为放热反应,升高温度K2值变小,平衡逆向移动,CH3OCH3(g)生成率降低,容器中CH3OCH3的体积分数减小,容器中气体总物质的量不变,容器容积固定,T增大,则p增大,故BD正确。
(4)反应物按化学计量数之比投料,则平衡转化率相同,图中交点纵坐标表示H2和CO转化率相等,横坐标a表示H2(g)和CO(g)的投料比,所以a=2。
(5)正极上是氧气得电子发生还原反应,由已知熔融K2CO3作电解质,CO2参与反应,故正电极反应式为2CO2+O2+4e-2CO32-。
4.答案 (1)①0.015 mol·(L·min)-1 75% ②BD
(2)①> ②升高温度 ③0.012 5 MPa ④该反应是气体分子数增加的反应,随着稀有气体比例的增加,总压强一定,降低了反应体系各气体的分压,相当于减压,从而促进反应向正反应方向进行,提高了丙烷脱氢的转化率
(3)-136.5 kJ·mol-1
解析 (1)根据方程式可知:
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
起始量/mol 2 0 0
变化量/mol x x x
平衡量/mol 2-x x x
根据阿伏加德罗定律,等温等容条件下,气体压强之比等于物质的量之比,则2-x+x+x2=1.75,解得x=1.5。
①0~10 min内丙烯的生成速率v(C3H6)=1.5mol10 L×10min=0.015 mol·(L·min)-1,C3H8的平衡转化率为1.52×100%=75%。②气体总质量和容器容积不变,所以气体密度始终保持不变,故其密度保持不变不能说明达到平衡状态,A错误;[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)是化学平衡常数表达式,若保持不变,则说明达到平衡状态,B正确;该反应的焓变是常量,焓变保持不变不能说明达到平衡状态,C错误;C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等表示正逆反应速率相等,则说明达到平衡状态,D正确。
(2)①由图可知,温度一定时,p1时丙烷的物质的量分数大于p2时,由方程式可知,压强越大,平衡逆向移动,丙烷的物质的量分数越大,所以压强p1>p2。②由图可知,随着温度升高,丙烷的物质的量分数降低,说明升高温度平衡向正反应方向进行,反应速率和反应物的转化率都增大。③假设起始时丙烷的物质的量为1 mol,根据方程式可知:
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol y y y
平衡量/mol 1-y y y
Q点时丙烷的物质的量分数为50%,则1-y=0.5(1+y),解得y=13,则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)平衡时的物质的量分数分别为:12、14、14,则Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp=p(C3H6)·p(H2)p(C3H8)=14×0.1 MPa×14×0.1MPa12×0.1MPa=0.012 5 MPa。④由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知,该反应是气体分子数增加的反应,随着稀有气体比例的增加,总压强一定,降低了反应体系各气体的分压,相当于减压,从而促进反应向正反应方向进行,提高了丙烷脱氢的转化率。
(3)将已知反应编号:②C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) ΔH2=+81.7 kJ·mol-1
③C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) ΔH3
④C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g) ΔH4=-54.8 kJ·mol-1
根据盖斯定律,由④-②可得反应③,则ΔH3=ΔH4-ΔH2=-54.8 kJ·mol-1-81.7 kJ·mol-1=-136.5 kJ·mol-1。
5.答案 (1)①-393.5 kJ·mol-1 ②2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-180.5 kJ·mol-1
(2)①压强 < ②d ③4.5
(3)①2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O ②336
解析 (1)①根据CO2(g)C(s)+O2(g) ΔH3=+393.5 kJ·mol-1,有C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4=-393.5 kJ·mol-1,则C(s)的燃烧热ΔH=-393.5 kJ·mol-1。②已知:Ⅰ.2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH1=-746.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2=-221.0 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)C(s)+O2(g) ΔH3=+393.5 kJ·mol-1
由盖斯定律Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ×2得:2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-180.5 kJ·mol-1。
(2)①图为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH1=-746.5 kJ·mol-1反应中NO的平衡转化率(α)随温度、压强变化的示意图,该反应为放热反应,也是气体体积减小的反应,则NO的平衡转化率(α)随着温度的升高而减小,随着压强的增大而增大,故X为压强,Y1tC,正确;b.A容器相当于对B加压,增大压强,反应正向移动,转化率增大,C看作对B加热,温度升高,平衡逆向移动,转化率减小,故3个容器中NO的平衡转化率的大小顺序为αA>αB>αC,正确;c.A容器中气体质量不变,气体的总物质的量减小,则气体平均摩尔质量不变时,说明该反应处于化学平衡状态,正确;d.B容器中气体质量不变,容器体积恒定不变,则气体密度始终不变时,不能说明该反应达到平衡状态,错误。③向初始容积均为2 L的B容器中,投入5 mol CO气体和4 mol NO气体发生反应,设生成氮气物质的量为x,列三段式:
2CO(g) + 2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
起始/mol 5 4 0 0
转化/mol 2x 2x 2x x
平衡/mol 5-2x 4-2x 2x x
平衡时,NO所占体积分数为25%。
则4-2x9-x=25%,解得x=1,则B中平衡常数K=0.5×121.52×12=29,相同温度下K不变,则A容器中逆反应的平衡常数K=92=4.5。
(3)①根据图示可知,a极失去电子发生氧化反应,则为氨气在碱性条件下发生氧化反应生成氮气的反应,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。②电解0.6 L饱和食盐水,电解反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则溶液中n(OH-)=0.6 L×0.1 mol·L-1=0.06 mol,则转移电子为0.06 mol,同一串联电路转移电子数相同。设消耗的NO2体积为V,根据b极电极反应有:
2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-
44.8 L 8 mol
V 0.06 mol
则V=44.8 L×0.06mol8mol=0.336 L=336 mL。
6.答案 (1)14CH4+12H2O+O214CO+40H2
(2)-90.1 (3)①> ②54.5% 6p12 ③B点和E点
(4)①2 1 ②BD
解析 (1)空气中N2和O2的物质的量之比约为4∶1,膜Ⅰ侧所得气体中n(H2)n(N2)=3,氮气的量在反应前后不变,设氮气为4 mol,则生成的氢气是12 mol,由膜Ⅰ侧反应可知,12 mol水和1 mol氧气得到电子,膜Ⅰ上发生反应:12H2O+24e-12H2↑+12O2-、O2+4e-2O2-,膜Ⅱ上14 mol CH4中C失去84 mol电子、H得到56 mol电子时,总反应遵守电子守恒,则反应为14CH4+12H2O+O214CO+40H2。
(2)根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH2+ΔH3=-90.1 kJ·mol-1。
(3)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡向右移动,CO的转化率会变大,结合图像乙,保持温度不变,转化率大的表示压强大,所以p1>p2。②该问可用三段式解决,M点α(CO)=60%,则CO转化了1 mol×60%=0.6 mol,下面列三段式:
CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 1 2.2 0
转化量/mol 0.6 1.2 0.6
平衡量/mol 0.4 1 0.6
可知,H2转化了1.2 mol,则H2的转化率为1.2mol2.2mol×100%=54.5%。平衡时总物质的量n=(0.4+1+0.6) mol=2 mol。
Kp=p(CH3OH)p(CO)·p2(H2)=0.62p10.42p1×(12p1)2=6p12。
③该反应为放热反应,当温度越高时,平衡常数K越小,则lg K也会越小,因此T与lg K呈反比,所以B点和E点符合lg K与温度(T)的关系。
(4)①保持H2的浓度不变,则v1v2=cm1(NO)cm2(NO),带入编号1和编号2数据可得1.6560.414=0.2m0.1m,解得m=2,保持N2的浓度不变,则v1v2=cn1(H2)cn2(H2),带入编号1和编号3数据,得0.4142.070=0.1n0.5n,解得n=1。②H2O2参与两个反应,但第一步未做反应物,因而不是催化剂,实际上H2O2仅仅是中间产物,A项错误;反应ⅰ是慢反应,说明反应速率小,在其他条件一样的情况下,活化能比较高,B项正确;总反应速率由慢反应决定,即反应(ⅰ)决定总反应速率,C项错误;碰撞理论指出能发生化学反应的碰撞是指有效碰撞,即需要一定的能量和取向的碰撞,所以在所有碰撞中部分是有效地,D项正确。
7.答案 (1)分液漏斗 (2)F、B、C、D、E
(3)饱和食盐水
(4)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(5)取B中固体少许置于试管中,加蒸馏水溶解,滴加过量BaCl2溶液,振荡后静置,取上层清液置于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,有白色沉淀生成
(6)5.0 在其他条件相同时,溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液漂白能力越弱
解析 (1)根据装置图可知装置A中仪器X的名称为分液漏斗。
(2)通过A装置制取Cl2,由于浓盐酸具有挥发性,制取的Cl2中含有HCl杂质,为防止其干扰Cl2O的制取,要先通过F装置除去HCl杂质,再通过B装置发生反应2Na2CO3+H2O+2Cl22NaCl+2NaHCO3+Cl2O制取Cl2O。由于Cl2O易溶于水,同时与水反应生成次氯酸,所以收集之前要先通过C装置干燥,再通过D装置收集Cl2O并验证其沸点低,容易液化的特点。同时由于Cl2、Cl2O都会产生大气污染,所以最后要用E装置进行尾气处理。故按气体从左至右流动装置的连接顺序是A、F、B、C、D、E。
(3)装置F是除去Cl2中的杂质HCl气体,为减少Cl2的溶解消耗,可通过盛有饱和食盐水的装置来除去HCl杂质,故装置F中盛装的试剂为饱和食盐水。
(4)A中浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。
(5)在装置B中Na2CO3与Cl2反应制取Cl2O,所以要证明B中残留固体中含有NaHCO3,就要先加入过量的BaCl2溶液,振荡静置,使可能存在的Na2CO3转化为BaCO3沉淀除去,然后取上层清液置于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,若有白色沉淀生成,证明发生反应2NaHCO3+Ba(OH)2BaCO3↓+Na2CO3+2H2O,产生了碳酸钡沉淀,从而可证明含有NaHCO3。
(6)①要保证每组实验时溶液的体积都是10 mL,所以a=5.0;②由题中实验可以看出,在其他条件不变时,溶液的碱性越弱,次氯酸钠溶液的漂白性越强;溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱。
8.答案 (1)圆底烧瓶 不能
(2)b (3)打开活塞K
(4)保温,避免水蒸气冷凝
(5)①ab ②HF+OH-F-+H2O
(6)2.85%
解析 A是水蒸气发生装置,长导管可起到平衡压强的作用,防止烧瓶内压强过大。实验时,首先打开活塞K,目的是让烧瓶内压强和外界一致,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即打开活塞K,和外界连通降低压强,B是制取HF的装置,利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为氟化氢,用水蒸气蒸出,冷凝到D装置,被氢氧化钠中和吸收,再采用滴定法定量测定氟元素的质量分数。
(1)A的名称是圆底烧瓶,长导管用于平衡压强,实验过程中其下端在液面以下。
(2)实验过程中,直形冷凝管中的冷却水应从a进b出,这样可使冷却水充满外管,有利于带走热量。
(3)从实验安全角度考虑,实验时,首先打开活塞K,目的是让烧瓶内压强和外界一致,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即打开活塞K,和外界连通降低压强。
(4)连接水蒸气发生装置和反应装置之间的玻璃管常裹以石棉绳,石棉绳的隔热效果比较好,主要起到保温防止水蒸气冷凝的作用。
(5)①根据题干知识可知反应原理为高沸点酸(难挥发性酸)制取低沸点酸(易挥发性酸),醋酸和硝酸易挥发,不可代替高氯酸。②D中是氢氧化钠与HF发生酸碱中和反应生成盐和水,反应的离子方程式为HF+OH-F-+H2O。
(6)设馏出液中F-的物质的量为x。根据题意可得如下关系式:
x3+0.1 mol·L-1×20.00×10-3 L=0.100 mol·L-1×25.00×10-3 L
得x=1.5×10-3 mol=0.001 5 mol
则氟化稀土样品中氟元素的质量分数为0.001 5mol×19 g·mol-11.00 g×100%=2.85%。
9.答案 (1)蒸馏烧瓶 (2)干冰
(3)①防止产品受热分解 ②过滤
(4)除去过量的氨气,防止污染环境
(5)在D和F之间增加一个装有碱石灰的干燥装置
(6)NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O或NH2COONH4+H2ONH4HCO3+NH3↑
(7)加入足量Ba(OH)2溶液,充分反应后,过滤、用蒸馏水洗涤所得沉淀、干燥后称量沉淀的质量,重复2~3次
解析 利用装置B制取氨气,通过装置C的干燥作用使干燥的氨气进入装置D,与由E装置产生的CO2气体发生反应得到产品氨基甲酸铵。氨气是大气污染物,在排放前要进行尾气处理,可用G中稀硫酸作吸收试剂吸收多余的NH3。为防止倒吸现象,装置F起安全瓶的作用,以防止倒吸。
(1)根据图示可知仪器B的名称是蒸馏烧瓶。
(2)装置E的作用是产生CO2气体,若打开阀门K,装置E中由固体药品直接产生CO2,则该固体药品的名称为干冰(即固体CO2)。
(3)①在装置D中氨气与CO2气体发生反应2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)。由于该反应的正反应为气体体积减小的放热反应,反应在冰水浴中就可防止产品受热分解,可以得到更多的固体产物。②当CCl4液体中产生较多晶体悬浮物时,即停止反应。在装置D中既有反应产生的固体氨基甲酸铵,也有液氨,所以可通过过滤的方法分离得到粗产品。
(4)氨气是大气污染物,在排放前要进行尾气处理,由于氨气的水溶液显碱性,所以仪器G中盛有硫酸,就可以吸收过量的氨气,防止污染环境。
(5)根据图示可知在制取氨基甲酸铵的D装置与尾气吸收的G装置中没有吸收水分的装置,这样稀硫酸中的水蒸气就会进入到D中,氨基甲酸铵是弱酸弱碱盐,水和氨基甲酸铵发生反应,导致物质变质。改进的方法是在装置D和F之间增加一个装有碱石灰的干燥装置。
(6)由于氨基甲酸铵可完全水解为碳酸氢铵,该反应的化学方程式为NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O或NH2COONH4+H2ONH4HCO3+NH3↑。
(7)氨基甲酸铵可完全水解为NH4HCO3,用天平称取一定质量的样品,加水溶解,配制成溶液,向该溶液中加入足量的Ba(OH)2溶液,发生反应NH4HCO3+Ba(OH)2BaCO3↓+NH3↑+2H2O,然后过滤、用蒸馏水洗涤所得沉淀、再干燥后称量沉淀的质量,重复操作2~3次,求出BaCO3的平均质量,利用反应中的碳元素守恒可得NH2COONH4的质量,从而可计算得到样品中氨基甲酸铵的质量分数。
1.(2019河南六市高三第一次联考)工业上利用N2和H2可以实现合成氨气,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产。请回答下列有关问题:
(1)已知N2(g)+O2(g)2NO(g)
ΔH=+180.5 kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ. mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-483.6 kJ·mol-1
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸气的热化学方程式为 。
(2)在一定体积的密闭容器中,进行化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),该反应的化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
t/K
298
398
498
K
4.1×106
K1
K2
①比较K1、K2的大小:K1 K2(填“>”“=”或“<”);
②在恒温恒压下判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填序号);
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)
B.2v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(3)硝酸工业的尾气NO可用于制备NH4NO3,其工作原理如图。
①其阴极的电极反应式为 。
②常温下,1 L pH=6的NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)= mol·L-1。
(4)工业上生产尿素的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在T ℃时,向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol NH3和3 mol CO2,反应达到平衡时,c(NH3)=0.5 mol·L-1,c(CO2)=0.25 mol·L-1。若此时保持T ℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3 mol NH3,则此时反应的v正 (填“>”“<”或“=”)v逆。再次平衡后,平衡常数为 。
(5)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,若向50 mL 0.09 mol·L-1的AgNO3溶液中加入50 mL 0.10 mol·L-1的盐酸,混合后溶液中的Ag+的浓度为 mol·L-1。
2.(2019山东青岛二中高三期末)C、S和Cl元素的单质及化合物在工业生产中的有效利用备受关注。请回答下列问题:
(1)已知:Ⅰ.2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)2H2SO4(aq) ΔH1
Ⅱ.Cl2(g)+H2O(l)HCl(aq)+HClO(aq) ΔH2
Ⅲ.2HClO(aq)2HCl(aq)+O2(g) ΔH3
SO2(g)+Cl2(g)+2H2O(l)2HCl(aq)+H2SO4(aq)
ΔH4= (用含有ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
(2)25 ℃时,H2SO3溶液中各含硫微粒的物质的量分数(δ)与溶液pH的变化关系如图甲所示。
甲
乙
已知25 ℃时,NaHSO3的水溶液pH<7,用图中的数据通过计算解释原因 。
(3)NaClO2是一种绿色消毒剂和漂白剂,工业上采用电解法制备NaClO2的原理如图乙所示。
①交换膜应选用 (填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。
②阳极的电极反应式为 。
(4)一定温度下,向2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO和1 mol SO2,发生反应2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) ΔH=-270 kJ·mol-1,若反应进行到20 min时达平衡,测得CO2的体积分数为0.5,则前20 min的反应速率v(CO)= ,该温度下反应化学平衡常数K= 。
(5)在不同条件下,向2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO和1 mol SO2,反应体系总压强随时间的变化如图所示:
①图中三组实验从反应开始至达到平衡时,v(CO)最大的为 (填序号)。
②与实验a相比,c组改变的实验条件可能是 。
3.(2019湖南湖北八市十二校高三调研联考)二甲醚又称甲醚,简称DME,熔点-141.5 ℃,沸点-24.9 ℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH1=-90.0 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH2=-20.0 kJ·mol-1
回答下列问题。
(1)已知H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1,若由合成气(CO、H2)制备1 mol CH3OCH3(g),且生成H2O(l),其热化学方程式为 。
(2)有人模拟该制备原理。500 K时,在2 L的密闭容器中充入2 mol CO和6 mol H2,5 min后达到平衡,平衡时测得c(H2)=1.8 mol·L-1、c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1,此时CO的转化率为 。用CH3OH表示反应①的速率是 mol·(L·min)-1,可逆反应②的平衡常数K2= 。
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,下列说法正确的是 。
A.平衡向正反应方向移动
B.平衡移动的原因是升高了温度
C.达到新平衡后体系的压强不变
D.容器中CH3OCH3的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入CO(g)和H2(g)进行反应①,平衡时CO(g)和H2(g)的转化率如图所示,则a= (填数值)。
(5)绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图所示,电解质为熔融态的碳酸盐(如熔融K2CO3),其中CO2会参与电极反应。工作时正极的电极反应式为 。
4.(2019成都外国语学校高三“一诊”模拟)丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。反应原理如下为C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1。
(1)一定温度下,向10 L恒容密闭容器中充入2 mol C3H8发生反应,经过10 min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.75倍。
①0~10 min内丙烯的生成速率v(C3H6)= ,C3H8的平衡转化率为 。
②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是 。
A.气体密度保持不变
B.[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不变
C.ΔH1保持不变
D.C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等
(2)总压强分别为p1和p2时,上述反应在不同温度下达到平衡,测得丙烷及丙烯的物质的量分数如下图所示:
①压强:p1 (填“>”或“<”)p2。
②为了提高反应速率和反应物的转化率,可采取的措施是 。
③若p1=0.1 MPa,起始时充入一定量的丙烷发生反应,计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
④在0.1 MPa、527 ℃条件下,向恒容密闭容器中通入丙烷和稀有气体,发生丙烷脱氢反应,随着n(稀有气体)n(丙烷)的增加,丙烷脱氢转化率逐渐增大。试解释原因 。
(3)在实际生产中,还可能存在如下副反应:
C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)
ΔH2=+81.7 kJ·mol-1
C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) ΔH3
C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g)
ΔH4=-54.8 kJ·mol-1
则ΔH3= 。
5.(2019湖南衡阳高考化学二模)汽车尾气排放的CO、NOx等气体是大气污染的主要来源,NOx也是大雾天气的主要成因之一。
(1)科学家研究利用催化技术将尾气中有害的NO和CO转变成无害的气体,其热化学方程式为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
ΔH1=-746.5 kJ·mol-1。
已知:2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH2=-221.0 kJ·mol-1,
CO2(g)C(s)+O2(g)
ΔH3=+393.5 kJ·mol-1。
①C(s)的燃烧热ΔH= 。
②NO(g)分解成两种气体单质的热化学方程式为 。
(2)一定温度下,向初始容积均为2 L的A、B、C三个容器中,均投入5 mol CO气体和4 mol NO气体发生如下反应:2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)。
①如图表示该反应中NO的平衡转化率(α)随温度、压强变化的示意图,则X代表的物理量是 ,Y1 Y2(填“>”或“<”)。
②反应过程中,A容器中保持恒温恒压,B容器中保持恒温恒容,C容器中保持绝热恒容。下列说法错误的是 。
a.B、C两个容器中反应达到平衡所用的时长关系是tB>tC
b.3个容器中NO的平衡转化率的大小顺序为αA>αB>αC
c.当A容器内气体平均摩尔质量不变时,说明该反应处于化学平衡状态
d.当B容器内气体密度保持不变时,说明该反应处于化学平衡状态
③当B容器中保持平衡时,NO所占体积分数为25%,则相同温度下,A容器中逆反应的平衡常数K= (保留两位有效数字)。
(3)利用反应NO2+NH3N2+H2O(未配平)消除用电器中NO2的简易装置如图所示。
①a电极上的反应式为 。
②常温下,若用该电池电解0.6 L饱和食盐水,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则理论上b电极上消耗B气体的体积为 mL(标准状况,假设电解过程中溶液体积不变)。
6.(2019河北衡水中学高三一调)H2是一种清洁能源。在冶金、电力、材料等领域应用广泛。请回答下列问题:
(1)某科研团队利用透氧膜获得N2、H2的工作原理如图甲所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)。上述过程中,膜Ⅰ侧所得气体的物质的量之比n(H2)∶n(N2)=3∶1,则CH4、H2O与O2反应的化学方程式为 。
甲
(2)用H2和CO合成甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1。已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
(3)向容积可变的密闭容器中充入1 mol CO和2.2 mol H2,在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),平衡时CO的转化率[α(CO)]随温度、压强的变化情况如图乙所示。
乙
丙
①压强:p1 (填“>”“<”或“=”)p2。
②M点时,H2的转化率为 (计算结果精确到0.1%),该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③不同温度下,该反应的平衡常数的对数值(lg K)如图丙所示,其中,A点为506 K时平衡常数的对数值,则B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lg K与温度(T)的关系的是 。
(4)H2还原NO的反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(l),实验测得反应速率的表达式为v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,反应速率与反应物浓度的变化关系如下表所示。
编号
c(H2)(mol·L-1)
c(NO)(mol·L-1)
vmol·(L·min)-1
1
0.10
0.10
0.414k
2
0.10
0.20
1.656k
3
0.50
0.10
2.070k
由表中数据可知,m= ,n= 。
②上述反应分两步进行:ⅰ.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应);ⅱ.H2O2(l)+H2(g)2H2O(l)(快反应)。下列叙述正确的是 (填字母)。
A.H2O2是该反应的催化剂
B.反应ⅰ的活化能较高
C.总反应速率由反应ⅱ的速率决定
D.反应ⅰ中NO和H2的碰撞仅部分有效
7.(2019湖北武汉一模)氧化二氯(Cl2O)是次氯酸的酸酐,用作氯化剂,其部分性质如下:
物理性质
化学性质
常温下,Cl2O是棕黄色、有刺激性气味的气体。
熔点是-120.6 ℃;沸点是2.0 ℃
Cl2O不稳定,接触一般有机物易爆炸;它易溶于水,同时反应生成次氯酸
实验室制备原理:2Na2CO3+H2O+2Cl22NaCl+2NaHCO3+Cl2O。现用下列装置设计实验制备少量Cl2O,并探究相关物质的性质。
(1)装置A中仪器X的名称为 。
(2)若气体从左至右流动,装置的连接顺序是A、 (每个装置限用一次)。
(3)装置F中盛装试剂的名称为 。
(4)A中反应的离子方程式为 。
(5)当D中收集适量液态物质时停止反应,设计简单实验证明B中残留固体中含有NaHCO3: 。
(6)实验完成后取E中烧杯内溶液滴加品红溶液发现溶液褪色。该课题组设计实验探究溶液褪色的原因。
序号
0.1 mol·L-1
NaClO溶
液/mL
0.1 mol·L-1
NaCl溶液/
mL
0.1 mol·L-1
NaOH溶液/
mL
H2O
/mL
品红
溶液
现象
Ⅰ
5.0
0
0
5.0
3滴
较快
褪色
Ⅱ
0
5.0
a
0
3滴
不
褪色
Ⅲ
5.0
0
5.0
0
3滴
缓慢
褪色
①a= 。
②由上述实验得出的结论是 。
8.(2019山东日照一模)为测定某样品中氟元素的质量分数进行如下实验,利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为氟化氢(氢氟酸为低沸点酸,含量低,不考虑对玻璃仪器的腐蚀),用水蒸气蒸出,再通过滴定测量。实验装置如下图所示,加热装置省略。
(1)A的名称是 ,长导管用于平衡压强,实验过程中其下端 (填“能”或“不能”)在液面以上。
(2)仪器C是直形冷凝管,实验过程中,冷却水应从 (填“a”或“b”)口出。
(3)实验时,首先打开活塞K,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即 。
(4)连接水蒸气发生装置和反应装置之间的玻璃管常裹以石棉绳,其作用是 。
(5)B中加入一定体积高氯酸和1.00 g氟化稀土矿样,D中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。加热A、B,使A中产生的水蒸气进入B。
①下列物质不可代替高氯酸的是 (填标号)。
a.醋酸 b.硝酸 c.磷酸 d.硫酸
②D中主要反应的离子方程式为 。
(6)向馏出液中加入25.00 mL 0.100 mol·L-1 La(NO3)3溶液,得到LaF3沉淀,再用0.100 mol·L-1 EDTA标准溶液滴定剩余La3+(La3+与EDTA按1∶1络合),消耗EDTA标准溶液20.00 mL,则氟化稀土样品中氟的质量分数为 。
9.(2019广东珠海一模)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)是一种易水解、受热易分解的白色固体,某研究小组用下图所示的实验装置制备氨基甲酸铵,反应原理为:2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s) ΔH<0。
(1)仪器B的名称是 。
(2)打开活塞K,装置E中由固体药品所产生的气体就立即进入装置D,则该固体药品的名称为 。
(3)装置D为制备氨基甲酸铵的反应器(CCl4充当惰性介质),在合适催化剂下搅拌一段时间。
①反应在冰水浴中进行的原因为 。
②当CCl4液体中产生较多晶体悬浮物时,即停止反应, (填操作名称)分离得到粗产品。
(4)仪器G的作用有: 。
(5)该实验装置中有一处不足,改进方法是 。
(6)已知氨基甲酸铵可完全水解为碳酸氢铵,则该反应的化学方程式为 。
(7)为测定某样品中氨基甲酸铵的质量分数,某研究小组用该样品进行实验,已知杂质不参与反应,请补充完整测定某样品中氨基甲酸铵质量分数的实验方案[限选试剂:蒸馏水、澄清石灰水、Ba(OH)2溶液]:用天平称取一定质量的样品,加水溶解, ,测量的数据取平均值进行计算。
参考答案
1.答案 (1)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-905.0 kJ·mol-1
(2)①> ②AD
(3)①NO+5e-+6H+NH4++H2O ②10-6
(4)< 16
(5)3.6×10-8
解析 (1)①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.5 kJ·mol-1,②N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1。根据盖斯定律①×2-②×2+③×3得4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-905.0 kJ·mol-1。
(2)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,正反应放热,升高温度平衡逆向移动,K减小,所以K1>K2。②2v正(H2)=3v逆(NH3),正、逆反应速率比等于计量数比,一定达到平衡状态,A正确;2v正(N2)=v逆(H2),正、逆反应速率比不等于计量数比,没有达到平衡状态,B错误;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在恒温恒压下反应,压强是恒量,容器内压强保持不变,不一定达到平衡状态,C错误;根据ρ=m(总)V(总),在恒温恒压下反应,气体总质量不变、容器体积变小,所以密度是变量,混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡,D正确。
(3)①阴极发生还原反应,根据示意图,NO在阴极得电子发生还原反应生成NH4+,所以阴极电极反应式为NO+5e-+6H+NH4++H2O。②pH=6的NH4NO3溶液中,c(H+)=10-6 mol·L-1,根据质子守恒可知,NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)=c(H+)=10-6 mol·L-1。
(4)平衡常数K=1c2(NH3)·c(CO2)=10.52×0.25=16。同温同压下,体积比等于物质的量比,设T ℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3 mol NH3,容器体积为V,4 L0.5mol·L-1×4 L+0.25 mol·L-1×4 L=
V0.5mol·L-1×4 L+0.25 mol·L-1×4 L+3 mol,V=8 L,此时Q=1(58)2×(18)>16,即Q>K,反应逆向进行,即v正
2.答案 (1)(ΔH1+2ΔH2+ΔH3)/2
(2)由图中数据可以计算出Ka2(H2SO3)=10-7.2,Ka1(H2SO3)=10-1.9,所以HSO3-的水解常数是10-12.1,HSO3-电离程度大于水解程度,溶液显酸性
(3)①阳离子交换膜 ②2Cl--2e-Cl2↑
(4)0.03 mol·(L·min)-1 11.25
(5)①b ②升高温度
解析 (1)利用盖斯定律可得ΔH4=(ΔH1+2ΔH2+ΔH3)/2。
(2)根据图像pH=1.9的交点计算电离常数Ka1(H2SO3)=c(HSO3-)×c(H+)c(H2SO3)=10-1.9,HSO3-的水解常数Kh=KWKa1(H2SO3)=10-12.1,根据pH=7.2的交点计算Ka2=c(SO32-)×c(H+)c(HSO3-)=10-7.2,由于HSO3-的水解常数Kh小于其电离常数Ka2,所以亚硫酸氢根离子电离程度大于水解程度,则NaHSO3的水溶液pH<7。
(3)仔细分析图像中的反应物和产物,可以看出左侧由ClO2制备NaClO2,需要Na+从右侧移到左侧,所以判定为阳离子交换膜,根据Na+的移动方向可知左侧为阴极,右侧为阳极,阳极电极反应式2Cl--2e-Cl2↑。
(4) 2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) ΔH=-270 kJ·mol-1
c(初) 1 0.5 0
Δc x x2 x
c(平) 1-x 0.5(1-x) x
根据题意可知0.5=x1-x+0.5(1-x)+x,计算得出x=0.6
v(CO)=ΔcΔt=0.620=0.03 mol·(L·min)-1,K=x2(1-x)2×0.5×(1-x)=0.62(1-0.6)2×0.5×(1-0.6)=11.25。
(5)①根据斜率可以看出b曲线单位时间内变化最快,所以图中三组实验从反应开始至达到平衡时,v(CO)最大的为b。②由于反应物的量和容器容积都相同,c组比a组的压强大,则应是升高了温度。所以与实验a相比,c组改变的实验条件可能是升高温度。
3.答案 (1)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l) ΔH2=-244.0 kJ·mol-1
(2)60% 0.12 1
(3)BD (4)2
(5)2CO2+O2+4e-2CO32-
解析 (1)给H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1编号为③,根据盖斯定律,①×2+②-③得2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l) ΔH2=-244.0 kJ·mol-1。
(2)由已知,CO和H2按照物质的量之比1∶2反应,H2反应了6 mol-1.8 mol·L-1×2 L=2.4 mol,所以CO反应了1.2 mol,此时CO的转化率为1.2mol2mol×100%=60%。根据反应①,生成1.2 mol CH3OH,用CH3OH表示反应①的速率是1.2 mol÷2 L÷5 min=0.12 mol·(L·min)-1。由c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1,可得反应②H2O(g)的平衡浓度为0.2 mol·L-1,反应②CH3OH(g)的平衡浓度为1.2 mol÷2 L-2×0.2 mol·L-1=0.2 mol·L-1,所以可逆反应②的平衡常数K2=c(CH3OCH3)·c(H2O)c2(CH3OH)=0.2×0.20.22=1。
(3)化学平衡常数只受温度影响,反应②正向为放热反应,升高温度K2值变小,平衡逆向移动,CH3OCH3(g)生成率降低,容器中CH3OCH3的体积分数减小,容器中气体总物质的量不变,容器容积固定,T增大,则p增大,故BD正确。
(4)反应物按化学计量数之比投料,则平衡转化率相同,图中交点纵坐标表示H2和CO转化率相等,横坐标a表示H2(g)和CO(g)的投料比,所以a=2。
(5)正极上是氧气得电子发生还原反应,由已知熔融K2CO3作电解质,CO2参与反应,故正电极反应式为2CO2+O2+4e-2CO32-。
4.答案 (1)①0.015 mol·(L·min)-1 75% ②BD
(2)①> ②升高温度 ③0.012 5 MPa ④该反应是气体分子数增加的反应,随着稀有气体比例的增加,总压强一定,降低了反应体系各气体的分压,相当于减压,从而促进反应向正反应方向进行,提高了丙烷脱氢的转化率
(3)-136.5 kJ·mol-1
解析 (1)根据方程式可知:
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
起始量/mol 2 0 0
变化量/mol x x x
平衡量/mol 2-x x x
根据阿伏加德罗定律,等温等容条件下,气体压强之比等于物质的量之比,则2-x+x+x2=1.75,解得x=1.5。
①0~10 min内丙烯的生成速率v(C3H6)=1.5mol10 L×10min=0.015 mol·(L·min)-1,C3H8的平衡转化率为1.52×100%=75%。②气体总质量和容器容积不变,所以气体密度始终保持不变,故其密度保持不变不能说明达到平衡状态,A错误;[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)是化学平衡常数表达式,若保持不变,则说明达到平衡状态,B正确;该反应的焓变是常量,焓变保持不变不能说明达到平衡状态,C错误;C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等表示正逆反应速率相等,则说明达到平衡状态,D正确。
(2)①由图可知,温度一定时,p1时丙烷的物质的量分数大于p2时,由方程式可知,压强越大,平衡逆向移动,丙烷的物质的量分数越大,所以压强p1>p2。②由图可知,随着温度升高,丙烷的物质的量分数降低,说明升高温度平衡向正反应方向进行,反应速率和反应物的转化率都增大。③假设起始时丙烷的物质的量为1 mol,根据方程式可知:
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol y y y
平衡量/mol 1-y y y
Q点时丙烷的物质的量分数为50%,则1-y=0.5(1+y),解得y=13,则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)平衡时的物质的量分数分别为:12、14、14,则Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp=p(C3H6)·p(H2)p(C3H8)=14×0.1 MPa×14×0.1MPa12×0.1MPa=0.012 5 MPa。④由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知,该反应是气体分子数增加的反应,随着稀有气体比例的增加,总压强一定,降低了反应体系各气体的分压,相当于减压,从而促进反应向正反应方向进行,提高了丙烷脱氢的转化率。
(3)将已知反应编号:②C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) ΔH2=+81.7 kJ·mol-1
③C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) ΔH3
④C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g) ΔH4=-54.8 kJ·mol-1
根据盖斯定律,由④-②可得反应③,则ΔH3=ΔH4-ΔH2=-54.8 kJ·mol-1-81.7 kJ·mol-1=-136.5 kJ·mol-1。
5.答案 (1)①-393.5 kJ·mol-1 ②2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-180.5 kJ·mol-1
(2)①压强 < ②d ③4.5
(3)①2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O ②336
解析 (1)①根据CO2(g)C(s)+O2(g) ΔH3=+393.5 kJ·mol-1,有C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4=-393.5 kJ·mol-1,则C(s)的燃烧热ΔH=-393.5 kJ·mol-1。②已知:Ⅰ.2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH1=-746.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2=-221.0 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)C(s)+O2(g) ΔH3=+393.5 kJ·mol-1
由盖斯定律Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ×2得:2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-180.5 kJ·mol-1。
(2)①图为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH1=-746.5 kJ·mol-1反应中NO的平衡转化率(α)随温度、压强变化的示意图,该反应为放热反应,也是气体体积减小的反应,则NO的平衡转化率(α)随着温度的升高而减小,随着压强的增大而增大,故X为压强,Y1
2CO(g) + 2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
起始/mol 5 4 0 0
转化/mol 2x 2x 2x x
平衡/mol 5-2x 4-2x 2x x
平衡时,NO所占体积分数为25%。
则4-2x9-x=25%,解得x=1,则B中平衡常数K=0.5×121.52×12=29,相同温度下K不变,则A容器中逆反应的平衡常数K=92=4.5。
(3)①根据图示可知,a极失去电子发生氧化反应,则为氨气在碱性条件下发生氧化反应生成氮气的反应,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。②电解0.6 L饱和食盐水,电解反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则溶液中n(OH-)=0.6 L×0.1 mol·L-1=0.06 mol,则转移电子为0.06 mol,同一串联电路转移电子数相同。设消耗的NO2体积为V,根据b极电极反应有:
2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-
44.8 L 8 mol
V 0.06 mol
则V=44.8 L×0.06mol8mol=0.336 L=336 mL。
6.答案 (1)14CH4+12H2O+O214CO+40H2
(2)-90.1 (3)①> ②54.5% 6p12 ③B点和E点
(4)①2 1 ②BD
解析 (1)空气中N2和O2的物质的量之比约为4∶1,膜Ⅰ侧所得气体中n(H2)n(N2)=3,氮气的量在反应前后不变,设氮气为4 mol,则生成的氢气是12 mol,由膜Ⅰ侧反应可知,12 mol水和1 mol氧气得到电子,膜Ⅰ上发生反应:12H2O+24e-12H2↑+12O2-、O2+4e-2O2-,膜Ⅱ上14 mol CH4中C失去84 mol电子、H得到56 mol电子时,总反应遵守电子守恒,则反应为14CH4+12H2O+O214CO+40H2。
(2)根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH2+ΔH3=-90.1 kJ·mol-1。
(3)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡向右移动,CO的转化率会变大,结合图像乙,保持温度不变,转化率大的表示压强大,所以p1>p2。②该问可用三段式解决,M点α(CO)=60%,则CO转化了1 mol×60%=0.6 mol,下面列三段式:
CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 1 2.2 0
转化量/mol 0.6 1.2 0.6
平衡量/mol 0.4 1 0.6
可知,H2转化了1.2 mol,则H2的转化率为1.2mol2.2mol×100%=54.5%。平衡时总物质的量n=(0.4+1+0.6) mol=2 mol。
Kp=p(CH3OH)p(CO)·p2(H2)=0.62p10.42p1×(12p1)2=6p12。
③该反应为放热反应,当温度越高时,平衡常数K越小,则lg K也会越小,因此T与lg K呈反比,所以B点和E点符合lg K与温度(T)的关系。
(4)①保持H2的浓度不变,则v1v2=cm1(NO)cm2(NO),带入编号1和编号2数据可得1.6560.414=0.2m0.1m,解得m=2,保持N2的浓度不变,则v1v2=cn1(H2)cn2(H2),带入编号1和编号3数据,得0.4142.070=0.1n0.5n,解得n=1。②H2O2参与两个反应,但第一步未做反应物,因而不是催化剂,实际上H2O2仅仅是中间产物,A项错误;反应ⅰ是慢反应,说明反应速率小,在其他条件一样的情况下,活化能比较高,B项正确;总反应速率由慢反应决定,即反应(ⅰ)决定总反应速率,C项错误;碰撞理论指出能发生化学反应的碰撞是指有效碰撞,即需要一定的能量和取向的碰撞,所以在所有碰撞中部分是有效地,D项正确。
7.答案 (1)分液漏斗 (2)F、B、C、D、E
(3)饱和食盐水
(4)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(5)取B中固体少许置于试管中,加蒸馏水溶解,滴加过量BaCl2溶液,振荡后静置,取上层清液置于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,有白色沉淀生成
(6)5.0 在其他条件相同时,溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液漂白能力越弱
解析 (1)根据装置图可知装置A中仪器X的名称为分液漏斗。
(2)通过A装置制取Cl2,由于浓盐酸具有挥发性,制取的Cl2中含有HCl杂质,为防止其干扰Cl2O的制取,要先通过F装置除去HCl杂质,再通过B装置发生反应2Na2CO3+H2O+2Cl22NaCl+2NaHCO3+Cl2O制取Cl2O。由于Cl2O易溶于水,同时与水反应生成次氯酸,所以收集之前要先通过C装置干燥,再通过D装置收集Cl2O并验证其沸点低,容易液化的特点。同时由于Cl2、Cl2O都会产生大气污染,所以最后要用E装置进行尾气处理。故按气体从左至右流动装置的连接顺序是A、F、B、C、D、E。
(3)装置F是除去Cl2中的杂质HCl气体,为减少Cl2的溶解消耗,可通过盛有饱和食盐水的装置来除去HCl杂质,故装置F中盛装的试剂为饱和食盐水。
(4)A中浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。
(5)在装置B中Na2CO3与Cl2反应制取Cl2O,所以要证明B中残留固体中含有NaHCO3,就要先加入过量的BaCl2溶液,振荡静置,使可能存在的Na2CO3转化为BaCO3沉淀除去,然后取上层清液置于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,若有白色沉淀生成,证明发生反应2NaHCO3+Ba(OH)2BaCO3↓+Na2CO3+2H2O,产生了碳酸钡沉淀,从而可证明含有NaHCO3。
(6)①要保证每组实验时溶液的体积都是10 mL,所以a=5.0;②由题中实验可以看出,在其他条件不变时,溶液的碱性越弱,次氯酸钠溶液的漂白性越强;溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱。
8.答案 (1)圆底烧瓶 不能
(2)b (3)打开活塞K
(4)保温,避免水蒸气冷凝
(5)①ab ②HF+OH-F-+H2O
(6)2.85%
解析 A是水蒸气发生装置,长导管可起到平衡压强的作用,防止烧瓶内压强过大。实验时,首先打开活塞K,目的是让烧瓶内压强和外界一致,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即打开活塞K,和外界连通降低压强,B是制取HF的装置,利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为氟化氢,用水蒸气蒸出,冷凝到D装置,被氢氧化钠中和吸收,再采用滴定法定量测定氟元素的质量分数。
(1)A的名称是圆底烧瓶,长导管用于平衡压强,实验过程中其下端在液面以下。
(2)实验过程中,直形冷凝管中的冷却水应从a进b出,这样可使冷却水充满外管,有利于带走热量。
(3)从实验安全角度考虑,实验时,首先打开活塞K,目的是让烧瓶内压强和外界一致,待水沸腾时,关闭活塞K,开始蒸馏。若蒸馏时因反应装置局部堵塞造成长导管水位急剧上升,应立即打开活塞K,和外界连通降低压强。
(4)连接水蒸气发生装置和反应装置之间的玻璃管常裹以石棉绳,石棉绳的隔热效果比较好,主要起到保温防止水蒸气冷凝的作用。
(5)①根据题干知识可知反应原理为高沸点酸(难挥发性酸)制取低沸点酸(易挥发性酸),醋酸和硝酸易挥发,不可代替高氯酸。②D中是氢氧化钠与HF发生酸碱中和反应生成盐和水,反应的离子方程式为HF+OH-F-+H2O。
(6)设馏出液中F-的物质的量为x。根据题意可得如下关系式:
x3+0.1 mol·L-1×20.00×10-3 L=0.100 mol·L-1×25.00×10-3 L
得x=1.5×10-3 mol=0.001 5 mol
则氟化稀土样品中氟元素的质量分数为0.001 5mol×19 g·mol-11.00 g×100%=2.85%。
9.答案 (1)蒸馏烧瓶 (2)干冰
(3)①防止产品受热分解 ②过滤
(4)除去过量的氨气,防止污染环境
(5)在D和F之间增加一个装有碱石灰的干燥装置
(6)NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O或NH2COONH4+H2ONH4HCO3+NH3↑
(7)加入足量Ba(OH)2溶液,充分反应后,过滤、用蒸馏水洗涤所得沉淀、干燥后称量沉淀的质量,重复2~3次
解析 利用装置B制取氨气,通过装置C的干燥作用使干燥的氨气进入装置D,与由E装置产生的CO2气体发生反应得到产品氨基甲酸铵。氨气是大气污染物,在排放前要进行尾气处理,可用G中稀硫酸作吸收试剂吸收多余的NH3。为防止倒吸现象,装置F起安全瓶的作用,以防止倒吸。
(1)根据图示可知仪器B的名称是蒸馏烧瓶。
(2)装置E的作用是产生CO2气体,若打开阀门K,装置E中由固体药品直接产生CO2,则该固体药品的名称为干冰(即固体CO2)。
(3)①在装置D中氨气与CO2气体发生反应2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)。由于该反应的正反应为气体体积减小的放热反应,反应在冰水浴中就可防止产品受热分解,可以得到更多的固体产物。②当CCl4液体中产生较多晶体悬浮物时,即停止反应。在装置D中既有反应产生的固体氨基甲酸铵,也有液氨,所以可通过过滤的方法分离得到粗产品。
(4)氨气是大气污染物,在排放前要进行尾气处理,由于氨气的水溶液显碱性,所以仪器G中盛有硫酸,就可以吸收过量的氨气,防止污染环境。
(5)根据图示可知在制取氨基甲酸铵的D装置与尾气吸收的G装置中没有吸收水分的装置,这样稀硫酸中的水蒸气就会进入到D中,氨基甲酸铵是弱酸弱碱盐,水和氨基甲酸铵发生反应,导致物质变质。改进的方法是在装置D和F之间增加一个装有碱石灰的干燥装置。
(6)由于氨基甲酸铵可完全水解为碳酸氢铵,该反应的化学方程式为NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O或NH2COONH4+H2ONH4HCO3+NH3↑。
(7)氨基甲酸铵可完全水解为NH4HCO3,用天平称取一定质量的样品,加水溶解,配制成溶液,向该溶液中加入足量的Ba(OH)2溶液,发生反应NH4HCO3+Ba(OH)2BaCO3↓+NH3↑+2H2O,然后过滤、用蒸馏水洗涤所得沉淀、再干燥后称量沉淀的质量,重复操作2~3次,求出BaCO3的平均质量,利用反应中的碳元素守恒可得NH2COONH4的质量,从而可计算得到样品中氨基甲酸铵的质量分数。
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