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(15分)目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题: I.甲烷...

15分)目前低碳经济正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题:

I.甲烷自热重整是一种先进的制氢方法,其反应方程式为:CH4(g) + H2O(g)满分5 manfen5.comCO(g) + 3H2(g)

1)阅读下图,计算该反应的反应热ΔH = _______________kJ/mol

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II.用CH4或其他有机物、O2为原料可设计成燃料电池。

2)以CnH2nOnO2为原料,H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池,则负极的电极反应式为______________

3)以CH4O2为原料,100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池,若放电时参与反应的氧气体积为448 mL(标准状况),产生的气体全部被溶液吸收,则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________,各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________

III.利用I2O5消除CO污染的反应为:5CO(g) + I2O5(s)满分5 manfen5.com5CO2(g) + I2(s),不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO,测得CO2的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答:

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4T2时,0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________

5T1时化学平衡常数K = _________________________

6)下列说法不正确的是____________________(填字母序号)。

A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态

B.两种温度下,c点时体系中混合气体的压强相等

Cd点时,增大体系压强,CO的转化率不变

Db点和d点时化学平衡常数的大小关系:Kb < Kd

IV.(7)电解CO制备CH4W,工作原理如图所示,其原理用电解总离子方程式解释是_____________

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Ⅰ(1) +161.1 (2分) Ⅱ(2)CnH2nOn – 4ne– + nH2OnCO2 + 4nH+ (2分) (3)n(Na2CO3)∶n(NaHCO3) = 1∶1(2分,物质正确比例不正确给1分) c(Na+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+) (2分) Ⅲ(4)1.6mol/(L·min)(1分)(5)1024 或45(2分)(6)BD (2分,少选得1分,有错误选项0分) IV.(7) 4CO + 3CO32- + 5H2O = 6HCO3- + CH4(2分) 【解析】 试题分析:(1)CH4(g) + H2O(g)===CO(g) + 3H2(g)此反应可看成:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ②CO2(g)=CO(g)+1/2O2(g) ③3H2O(g)=3H2(g)+3/2O2(g) ①+②+③得到,故此反应的ΔH = +161.1 kJ/mol (2)燃料电池通氧气的极为正极,电解质溶液为稀硫酸,则负极的电极反应式: CnH2nOn – 4ne– + nH2OnCO2 + 4nH+ (3)以CH4、O2为原料,100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池,若放电时参与反应的氧气体积为448 mL(标准状况),物质的量为0.02mol,被氧化的CH4为0.01mol,生成的CO2也为0.01mol, 被含0.015molNaOH的溶液吸收,则所得溶液中溶质的成分应该是Na2CO3和NaHCO3,结合Na+和C原子的守恒可知:n(Na2CO3)=n(NaHCO3),即:n(Na2CO3)∶n(NaHCO3) = 1∶1;此时溶液显碱性,CO32-的水解程度大于HCO3-的电离程度,则离子浓度由大到小的顺序为:c(Na+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+) (4)5CO(g) + I2O5(s)===5CO2(g) + I2(s) 反应前后体积变化为0,容器内气体总物质的量始终为4 mol CO, T2时,0 ~ 0.5 min内CO2的体积分数变为0.4,也就是有1.6molCO2生成,现时有1.6molCO参与反应,此时v(CO) =1.6mol/2L÷0.5 min=1.6mol/(L·min); (5)T1达到平衡时CO2的体积分数为0.8,也就是说平衡时CO2 为3.2mol,则此时CO为0.8mol, 化学平衡常数K =(3.2mol/2L)5÷(0.8mol/2L)5=45=1024 (6)因反应体系有固体物质参与,容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态,A选项正确; 不同温度下,容器体积相等、气体物质的量也相等时,容器内的压强不等,选项B不正确;增大体系压强,平衡不移动,CO的转化率不变,选项C正确;由图可知:平衡状态由T1变为T2时,平衡逆向移动,b点和d点时化学平衡常数的大小关系:Kb >Kd,选项D不正确。 (7)工作原理是阴极CO还原为CH4 说明溶液中的H2O 参与反应,阳极CO被氧化为CO2 后,生成的气体被Na2CO3溶液吸收,其原理用电解总离子方程式表示为: 4CO + 3CO32- + 5H2O = 6HCO3- + CH4 考点:无机化工流程图 涉及化学平衡的速率及平衡常数、原电池及电解池原理、电解质溶液里离子浓度大小比较等。  
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14分)铝硅合金材料性能优良。铝土矿(含30% SiO240.8% Al2O3和少量Fe2O3等)干法制取该铝硅合金的工艺如下:

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1)焙烧除铁反应:

4(NH4)2SO4 + Fe2O3 满分5 manfen5.com2NH4Fe(SO4)2 + 3H2O + 6NH3

Al2O3部分发生类似反应)。氧化物转化为硫酸盐的百分率与温度的关系如图,最适宜焙烧温度为             。指出气体的用途                 (任写一种)。

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2)操作包括:加水溶解、         。若所得溶液中加入过量NaOH溶液,含铝微粒发生反应的离子方程式为                                              

3)用焦炭还原SiO2Al2O3会产生中间体SiCAl4C3。任写一个高温下中间体又与Al2O3反应生成铝、硅单质的化学方程式                                           

4)若湿法处理铝土矿,用强酸浸取时,所得溶液中阳离子有                             ,假设该溶液中Al3+物质的量浓度为1.0 × 10-3mol/L,如果要将溶液在中的金属阳离子分离,则应控制溶液pH的范围为                             (计算结果保留2位有效数字)。

(已知:Ksp[Fe(OH)3] = 8.0 × 10-38Ksp[Al(OH)3] = 1.0 × 10-33lg5 = 0.7

 

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(本题共14分)肉桂酸是香料、化妆品、医药、塑料和感光树脂等的重要原料。实验室用下列反应制取肉桂酸。

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药品物理常数

 

苯甲醛

乙酸酐

肉桂酸

乙酸

溶解度(25g/100g水)

0.3

遇热水水解

0.04

互溶

沸点(

179.6

138.6

300

118

相对分子质量

106

102

148

60

填空:

.合成:反应装置如图所示。向三颈烧瓶中先后加入研细的无水醋酸钠、4.8g苯甲醛和5.6g乙酸酐,振荡使之混合均匀。在150~170加热1小时,保持微沸状态。

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1)空气冷凝管的作用是_______________________________________

2)该装置的加热方法是_____________________________。加热回流要控制反应呈微沸状态,如果剧烈沸腾,会导致肉桂酸产率降低,可能的原因是______________________________________

3)不能用醋酸钠晶体(CH3­­COONa·3H2O)的原因是____________________________________

.粗品精制:将上述反应后得到的混合物趁热倒入圆底烧瓶中,进行下列操作:

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4)加饱和Na2CO3溶液除了转化醋酸,主要目的是__________________________________

5)操作I_________________________________

6)设计实验方案检验产品中是否含有苯甲醛_______________________________________

7)若最后得到纯净的肉桂酸5.0g,则该反应中的产率是____________(保留两位有效数字)。

 

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利用如图所示装置进行下列实验,能得出相应实验结论的是

选项

实验结论

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A

浓盐酸

MnO2

NaBr溶液

氧化性Cl2>Br2

B

浓硫酸

Na2SO3

FeCl3溶液

SO2具有还原性

C

浓氨水

生石灰

AlCl3溶液

Al(OH)3具有两性

D

醋酸

Na2CO3

Na2SiO3

非金属性:C>Si

 

 

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常温下H3PO4NaOH溶液反应的体系中含磷各物种的分布分数平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数pH 的关系如图所示[已知Ca3(PO4)2难溶于水]。下列有关说法不正确的是

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AH3PO4Ka3=10–12.2HPO42–的水解平衡常数为10–6.8

BNa2HPO4 溶液显碱性,若向溶液中加入足量的CaCl2 溶液,溶液则显酸性

CpH=13时,溶液中各微粒浓度大小关系为:c(Na+)c(HPO42–)c(PO43)c(OH)c(H+)

D.为获得尽可能纯的NaH2PO4pH应控制在45.5左右

 

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ToC时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)满分5 manfen5.comX(s)  H < 0,按照不同配比充入AB,达到平衡时容器中AB浓度变化如图中曲线(实线)所示,则判断正确的是

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AToC时,该反应的平衡常数值为4

Bc点没有达到平衡,此时反应向逆向进行

C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于ToC

DToC时,在d点加入一定量X可达到c

 

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