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甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)可用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,该物质...

甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)可用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,该物质可由甲胺(CH3NH2)、PbI2及HI为原料来合成。请回答下列问题:

(1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g),已知该反应中相关化学键的键能数据如下表所示:

则该反应的△H=___________kJ·mol-1

(2)工业上利用水煤气合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)  △H<0。一定温度下,向体积为2L的密闭容器中加入CO和H2,5min末反应达到化学平衡状态,测得各组分浓度如下表所示。

①0~5min内,用CO表示的平均反应速率为___________

②既能加快反应速率,又能提高氢气转化率的措施有___________(答一条即可)。

③能说明上述反应已达化学平衡状态的是___________(填字母)。

A.v(CO)=2v(H2)

B.混合气体密度保持不变

C.反应容器内压强保持不变

D.混合气体的平均摩尔质量不变

(3)PbI2可由Pb3O4和HI反应制备,反应的化学方程式为___________

(4)常温下PbI2饱和溶液中c(I)=2.0×10-3mol·L-1,则Ksp(PbI2)=___________;已知Ksp(PbS)=4.0×10-28,则反应PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I(aq)的平衡常数K=___________

(5)HI的分解反应曲线和液相法制备HI的反应曲线分别如图1和图2所示:

①反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的△H___________(填“>”或“<")0。

②将SO2通入碘水中会发生反应:SO2+I2+2H2O===4H++SO42-+2I,I2+II3。图2中曲线b所代表的微粒是___________(填微粒符号)。

 

-12 0.12mol•L-1·min-1 加压(或增大CO的浓度) CD Pb3O4+8HI=3PbI2+I2+4H2O 4.0×10-9 1.0×1019 < I3- 【解析】 (1)根据CH3OH(g)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g) △H=反应物的键能之和-生成物的键能之和来计算。 (2)①根据速率之比等于化学计量数之比,推出v(CH3OH)=v(CO),从而求出v(CO)。 ②提高氢气转化率要使平衡右移。 ③A.如果是2v正(CO)=v逆(H2),可以说明反应达到平衡状态。 B.该反应体系中气体的密度始终不变,不能根据密度判断平衡状态。 C.反应前后气体分子数目不等,故反应容器内压强保持不变,可以说明反应达到平衡状态。 D. 混合气体的平均摩尔质量=气体总质量/气体的总物质的量,总质量是一定的,反应前后气体分子数目不等,气体总物质的量如果不变,混合气体的平均摩尔质量就不变,所以混合气体的平均摩尔质量不变可以说明反应达到平衡状态。 (3)PbI2可由Pb3O4和HI反应制备,同时生成I2,Pb元素化合价从8/3价变为+2价,I元素化合价从-1价变为0价,根据电荷守恒、质量守恒配平。 (4)Ksp(PbI2)=c(Pb2+) c2(I-)=1.0×10-3× (2.0×10-3)2=4.0×10-9,反应PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I-(aq)的平衡常数K= c2(I-)/ c(S2-)= [Ksp(PbI2)/ c(Pb2+)]/[ Ksp(PbS)/ c(Pb2+)]=4.0×10-9/4.0×10-28=1.0×1019。 (5)①升温,HI的物质的量减少,即平衡左移,所以正反应为放热反应,△H<0。 ②根据SO2+I2+2H2O===4H++SO42-+2I-,I2+I-I3-得,随着n(I2)/ n(SO2)的增大,n(H+)和n(SO42-)保持不变,而n(I3-)增大,所以b所代表的微粒是I3-。 (1)CH3OH(g)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g) △H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(351+393-463-293)kJ/mol=-12 kJ/mol,故答案为-12。 (2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),速率之比等于化学计量数之比,所以v(CH3OH)=v(CO)=0.6mol/L/5min=0.12mol•L-1·min-1,故答案为0.12mol•L-1·min-1。 ②提高氢气转化率要使平衡右移,既能加快反应速率,又能提高氢气转化率的措施有加压(或增大CO的浓度),故答案为加压(或增大CO的浓度)。 ③A.如果是2v正(CO)=v逆(H2),可以说明反应达到平衡状态,故A不选; B.该反应体系中气体的密度始终不变,不能根据密度判断平衡状态,故B不选; C.反应前后气体分子数目不等,故反应容器内压强保持不变,可以说明反应达到平衡状态,故C选; D. 混合气体的平均摩尔质量=气体总质量/气体的总物质的量,总质量是一定的,反应前后气体分子数目不等,气体总物质的量如果不变,混合气体的平均摩尔质量就不变,所以混合气体的平均摩尔质量不变可以说明反应达到平衡状态,故D选。 故选CD。 (3)PbI2可由Pb3O4和HI反应制备,同时生成I2,Pb元素化合价从8/3价变为+2价,I元素化合价从-1价变为0价,根据电荷守恒、质量守恒配平可得反应的化学方程式为Pb3O4+8HI=3PbI2+I2+4H2O,故答案为Pb3O4+8HI=3PbI2+I2+4H2O。 (4)Ksp(PbI2)=c(Pb2+) c2(I-)=1.0×10-3× (2.0×10-3)2=4.0×10-9,反应PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I-(aq)的平衡常数K= c2(I-)/ c(S2-)= [Ksp(PbI2)/ c(Pb2+)]/[ Ksp(PbS)/ c(Pb2+)]=4.0×10-9/4.0×10-28=1.0×1019,故答案为4.0×10-9 ;1.0×1019。 (5)①升温,HI的物质的量减少,即平衡左移,所以正反应为放热反应,△H<0,故答案为<。 ②根据SO2+I2+2H2O===4H++SO42-+2I-,I2+I-I3-得,随着n(I2)/ n(SO2)的增大,n(H+)和n(SO42-)保持不变,而n(I3-)增大,所以b所代表的微粒是I3-,故答案为I3-。
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氮及其化合物如NH3及铵盐、N2H4、N2O4等在中学化学、化工工业、国防等领域占有重要地位。

(1)发射航天火箭常用肼(N2H4)与N2O4作燃料与助燃剂。肼(N2H4)与N2O4的反应为

2N2H4 (g)+ N2O4(g)==3N2(g)+4H2O(g)    △H=-1077 kJ·mol-1

已知相关反应的化学键键能数据如下表所示:

化学键

N-H

N-N

O-H

E/(kJ·mol-1)

390

190

946

460

 

 

①使1 mol N2O4(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是________________

②下列能说明2N2H4 (g)+ N2O4(g)==3N2(g)+4H2O(g) △H  达平衡状态的是________

a.混合气体的平均相对分子质量不变     b.V(N2)=3V( N2O4

c.N2H4的质量保持不变                d. △H不再变化

(2)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g) 2NO2(g)。将一定量的N2O4放人恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[α(N2O4)]随温度的变化如下图所示。

①由图推测该反应的△H_______0(填>”或“<”),理由为____________________________

②图中a点对应温度下,已知N2O4的起始压强p0为108 kPa,则该温度下反应的平衡常数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)电解NO2制备NH4NO3,其工作原理如下图所示。

①阴极的电极反应式为____________________________________________________

②为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充某种化合物——物质A,则A的化学式为________________

 

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研究氮氧化物的反应机理,对于消除其对环境的污染有重要意义。

(1)升高温度,绝大多数的化学反应速率增大,但是2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。查阅资料知:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步:

I.2NO(g) N2O2(g)()    H1<0    v1=k1c2(NO)   v1=k1c(N2O2)

.N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(H2<0   v2=k2c(N2O2)c(O2)    v2=k2c2(NO2)

请回答下列问题:

①反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的△H=___________(用含△H1和△H2的式子表示)。一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,请写出用k1、k1、k2、k2表示的平衡常数表达式K=___________,升高温度,K___________(增大”“减小不变”)

②决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应速率的是反应Ⅱ,反应I的活化能E1与反应Ⅱ的活化能E2的大小关系为E1___________E2(“>”“<”“=”)。由实验数据得到v2~c(O2)的关系可用图表示。当x点升高到某一温度时,反应重新达到平衡,则变为相应的点为___________(填字母)。

(2)通过图所示装置,可将汽车尾气中的NO、NO2转化为重要的化工原料HNO3,其中A、B为多孔惰性电极。该装置的负极是__________ (“A”“B”),B电极的电极反应式为__________

(3)实验室可用NaOH溶液吸收NO2,反应为2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。含0.2 mol NaOH的水溶液与0.2 mol NO2恰好完全反应得1L溶液甲,溶液乙为0.1mol/LCH3COONa溶液,则两溶液中c(NO3)、c (NO2)c(CH3COO)由大到小的顺序为__________(已知HNO2的电离常数Kα=7.1×104mol/L,CH3COOH的电离常数Kα=1.7×105mol/L)。可使溶液甲和溶液乙的pH相等的方法是__________

a.向溶液甲中加适量水    b.向溶液甲中加适量NaOH

c.向溶液乙中加适量水    d.向溶液乙中加适量NaOH

 

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处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。

1CO用于处理大气污染物N2O所发生的反应为N2Og+COgCO2g+N2g   H。几种物质的相对能量如下:

①△H=___________ kJ·mol1。改变下列,一定会引起△H发生变化的是___________(填代号)

A.温度    B.反应物浓度    C.催化剂    D.化学计量数

②有人提出上述反应可以用“Fe+作催化剂。其总反应分两步进行:

第一步:Fe++N2O===FeO++N2;第二步:____________(写化学方程式)。

第二步步反应不影响总反应达到平衡所用时间,由此推知,第二步反应速率_____第一步反应速率(填大于等于)。

2)在实验室,采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO,发生反应:I2O5 s+5COg5CO2g+I2s)。测得CO的转化率如图1所示。

①相对曲线a,曲线b仅改变一个条件,改变的条件可能是________

②在此温度下,该可逆反应的平衡常数K=___________(用含x的代数式表示)。

3)工业上,利用COH2合成CH3OH。在1L恒容密闭容器中充入1 mol COg)和 n molH2,在250℃发生反应:COg+2H2gCH3OHg),测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在abcd点中,CO的平衡转化率最大的点是___________

4)有人提出,利用2COg===2Cs+O2g)消除CO对环境的污染,你的评价是___________(填可行不可行

5CO-空气碱性燃料电池(用KOH作电解质),当恰好完全生成KHCO3时停止放电。写出此时负极的电极反应式:_________

 

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碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回答下列问题:

(1)一种制备氮氧化铝的反应原理为23Al2O315C5N2=2Al23O27N515CO ,产物Al23O27N5中氮的化合价为______,该反应中每生成1 mol Al23O27N5,转移的电子数为________NA

(2)真空碳热冶铝法包含很多反应,其中的三个反应如下:

.Al2O3(s)3C(s)=Al2OC(s)2CO(g) ΔH1

.2Al2OC(s)3C(s)=Al4C3(s)2CO(g) ΔH2

.2Al2O3(s)9C(s)=Al4C3(s)6CO(g) ΔH3

ΔH3_________(ΔH1ΔH2表示)

Al4C3可与足量盐酸反应制备一种烃。该反应的化学方程式为________________

(3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应,COCO2平衡分压比的自然对数值与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数)

.Mn3C(s)4CO2(g)3MnO(s)5CO(g)    Kp()

.Mn(s)CO2(g)MnO(s)CO(g)      Kp()

.Mn3C(s)CO2(g)3Mn(s)2CO(g)    Kp()

ΔH>0的反应是____(”“”)

1 200 K时,在一体积为2 L的恒容密闭容器中有17.7 g Mn3C(s)0.4 mol CO2,只发生反应Ⅰ,5 min 后达到平衡,此时CO的浓度为0.125 mol/L,则05 minv(CO2)_________

③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应Ⅱ,下列能说明反应Ⅱ达到平衡的是____(填字母)

A.容器的体积不再改变  B.固体的质量不再改变  C.气体的总质量不再改变

 

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H2是一种重要的清洁能源。

(1)2018年我国某科研团队利用透氧膜,一步即获得合成氨原料和合成液态燃料的原料。其工作原理如图所示(空气中N2O2的物质的量之比按41计)。工作过程中,膜I侧所得=3,则膜I侧的电极方程式为________________________

(2)已知: CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)  ΔH2=-49.0kJ/mol

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)  ΔH3= -41.1 kJ/molH2还原CO反应合成甲醇的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH1,则ΔH1=_____________ kJ/mol,该反应自发进行的条件为_________

A.高温        B.低温      C.任何温度条件下

(3)恒温恒压下,在容积可变的密闭容器中加入1mol CO2.2 mol H2,发生反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),实验测得平衡时CO的转化率随温度、压强的变化如图所示。

P1_______P2,判断的理由是____________________________

(4)若反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在温度不变且体积恒定为1L的密闭容器中发生,反应过程中各物质的物质的量随时间变化见下表所示:

时间/min

0

5

10

15

H2

4

 

2

 

CO

2

 

 

1

CH3OH(g)

0

0.7

 

 

 

 

①下列各项能作为判断该反应达到平衡标志的是_____(填字母)

A.容器内压强保持不变                  B.2v(H2)=v(CH3OH)

C.混合气体的相对分子质量保持不变    D.混合气体的密度保持不变

②若起始压强为P0 kPa,则在该温度下反应的平衡常数Kp=__________(kPa)-2。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

③反应速率若用单位时间内分压的变化表示,则10minH2的反应速率v(H2)= _______Pa/min

 

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