(10分)据报道:美国海军科学家拟提取海水中溶解的二氧化碳,利用类似FT合成的方法生产短链不饱和烃,以作为汽油的替代品。研究发现,如果使用铁作催化剂,二氧化碳与氢气反应产生30%的甲烷,其余的短链烃可以被用来提炼燃料。
(1)为延缓全球温室效应,二氧化碳捕获和封存技术(CCS)是当今化学的前沿技术,下列通过化学反应捕获二氧化碳的反应,其原子利用率达100%的是 。
(a)CO2 +CaO CaCO3 (b)K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
(c)2Mg+CO22MgO+C
(d)
(2)用二氧化碳合成烃,需要提供辅助原料氢气,下列制取氢气的方法可行且二氧化碳零排放的是 。
(a)用太阳能光解海水制氢 (b)利用天然气与水高温催化制氢
(c)利用活泼金属与海水反应制氢 (d)利用核反应堆多余的电能电解海水制氢
(3)所谓FT合成,就是CO在金属催化剂上催化氢化反应,生成以直链烷烃和烯烃为主的混合物的过程。CO2与H2合成汽油(平均组成设为C8H18)反应的化学方程式为: 。
(4)某文献报道:在300℃、30MPa,以Fe、CoCl2作催化剂条件下,CO2和H2反应生成丁烷和戊烷。
①假定在一实验容器中充入一定量的CO2和H2,加入催化剂,若CO2和H2转化率均为100%,产物只有丁烷和戊烷, n(H2)/n(CO2)=a,a取值范围为: 。
②据问题①,今有标准状况下的CO2448L, n(丁烷)/n(戊烷) =x,消耗H2的物质的量为y,则y= (用x表示)。
(12分)对碳及其氧化物的化学热力学、动力学研究有助于人类充分利用化石燃料,消除碳氧化物对环境的负面影响。请回答下列问题:
(1) 25℃时,石墨和CO的燃烧热分别为:393.5kJ/mol、283.0kJ/mol。请写出石墨不完全燃烧时的热化学方程式 ;
(2)25℃时,反应2CO2 (g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数K=2.96×10-92。在一个体积可变的密闭容器(起始时的容器体积为1L)中充入一定量的CO2、CO、O2混合气体,要使容器中的反应开始时向CO2分解的方向移动,则起始时充入的三种气体的物质的量应满足的关系是 。当该反应在25℃时达到平衡后,其它条件不变时,升高温度或增加容器的压强,均能使该平衡发生移动,请在下列坐标中作出该反应的平衡常数K随温度(T)、压强(P)变化而变化的示意图:
(3) 1 600℃时,反应2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)的平衡常数K=1×108。经测定,汽车尾气中CO和CO2气体的浓度分别为4.0×10-5mol/L和4.0×10-4mol/L。若在汽车的排气管上增加一个1 600℃的补燃器并不断补充O2使其浓度始终保持为4.0×10-4mol/L。则CO的补燃转化率为 ;
(4) 以CO和O2为电极燃料,以熔融K2CO3为电解质组成燃料电池,请写出该电池的负极反应方程式 。
(14分)MMA既是一种高分子化合物(有机玻璃)的单体,又是制取甲基丙烯酸丙酯等的重要原料。现有三条制备高分子(MMA)的途径,其流程下如:
(1)工业上将A和甲醇及过量硫酸一起,一步反应生成MMA,该反应的化学方程式为
____ _____ 。
(2)反应②是在500℃并有催化剂存在的条件下发生的,则其反应类型为: 。
(3)某物质既能发生银镜反应,又能发生水解反应,其分子中还有手性碳原子,并与 互为同分异构体,则其物质结构简式为:__ __ 。
(4)物质D的核磁共振氢谱有两个峰,它与CO、CH3OH以物质的量之比1︰1︰1反应恰好生成MMA,则D的结构简式为__________,该方法的优点是__ ____ 。
(5)MMA和1-丙醇反应制取甲基丙烯酸丙酯的化学方程式为:____________ 。
(6)根据题中流程里提供的新信息,写出由(CH3)2C=CH2制备化合物
的合成路线流程图(无机试剂任选)。合成路线流程图示例如下:
(10分)下图中的反应①是重要的电化学工业反应,反应②可用于制备新型消毒净水剂Na2FeO4。常温下B、C为气态单质,G是当代社会使用量最大的金属,其余均为化合物。(反应时加入或生成的水,以及生成沉淀I时的其他产物均已略去) 。
请回答下列问题:
(1)L的电子式为_______________。
(2)J溶液蒸干灼烧得到的物质是(填化学式) _______________。
(3)反应①的化学方程式是____________________________________。
(4)反应②的离子方程式是____________________________________。
(5)Na2FeO4能起到消毒净水的原理是 。(用文字叙述)
(20分)聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂,其单体是液态的碱式氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]。本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭 土,化学组成为:Al2O3(25%~34%)、SiO2(40%~50%)、Fe2O3(0.5%~3.0%)以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种不同的结构,化学性质也有差异,且一定条件下可相互转化;高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下:
已知:Fe3+、Al3+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2。
根据流程图回答下列问题:
(1)“煅烧”的目的是_______________________________________________。
(2)“浸出”过程中发生反应的离子方程式为_______________________________。
(3)“浸出”选用的酸为_______。配制质量分数15%的A酸需要200mL30%的A酸(密度约为1.15g/cm3)和_______g蒸馏水,配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、______________。
(4)为提高铝的浸出率,可采取的措施有 _______________(要求写出三条)。
(5)“调节溶液pH在4.2~4.5”的过程中,除添加必要的试剂,还需借助的实验用品是_________________;“蒸发浓缩”需保持温度在90~100℃,控制温度的实验方法是___________ ______。
(6)实验中制备碱式氯化铝反应的化学方程式为_________________
a mol FeS与b mol FeO投入到V L、c mol·L-1的稀硝酸溶液中充分反应,产生NO气体,所得澄清溶液的成分可看作是Fe(NO3)3、H2SO4的混合液,则反应中未被还原的硝酸可能为( )