CO2是一种常用的化工原料,可应用于化学和食品加工过程的惰性保护、焊接气体、植物...

CO2是一种常用的化工原料,可应用于化学和食品加工过程的惰性保护、焊接气体、植物生长刺激剂,在铸造中用于硬化模和芯子及用于气动器件,还应用于杀菌气的稀释剂。请回答下列问题:

I.我国中科院研究所利用CO2与环氧丙烷()合成生物降解聚碳酸酯(PPC)和聚(碳酸酯-醚)多元醇,则环氧丙烷中碳元素的平均化合价为____,CO2 的结构式为_________。

II.CO2 与H2反应可用于生产甲醇

(1)已知氢气与甲醇的燃烧热分别为a kJ·mol-1、b kJ·mol-1 , H2O(g)= H2O(l) △H=c kJ·mol-1 ,CH3OH(g)=CH3OH(l) ∆H=d kJ·mol-1，则CO2与H2反应产生气态甲醇与气态水的热化学方程式为__________________________。

(2)取一定体积的CO2和H2的混合气体，加入恒容密闭容器中，发生上述反应，相同时间内，测得甲醇的体积分数(CH3OH)与反应温度T的关系如图1所示,则该反应的 (CH3OH)随反应温度T变化的原因为_______________。

(3)温度为T时,向体积分别为V1、V2的甲.乙两容器中充人相同量的CO2和H2的混合气体,经过一段时间两容器均达到平衡，测得压强分别为p1、p2,如图2所示，则p1_____(填“>”“<”或“=”)p2。

(4)一定温度下,在1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,压强为p0 kPa,发生上述反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①反应进行到4 min 时,v(正)________ (填“>”“<"或“=”)v(逆)。0~4 min,H2 的平均反应速率v(H2)=______ mol· L-1·min- 1。

②CO2平衡时的体积分数为____________，该温度下Kp=________ (可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数

O=C=O CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=(b－3a－c－d)kJ·mol－1 一定时间内，当温度低于T1时，反应未达到平衡，随着温度升高，反应速率增大，甲醇的体积分数增大；当温度大于T1时，反应达到平衡状态，因该反应为放热反应，随着温度升高，平衡逆向进行，甲醇的体积分数减小 > > 0.375 10% 【解析】 I.利用有机物中O为-2价，H为+1价，然后根据化合价代数和为0，得出C的价态；CO2分子中C和O共用两个电子对； II.(1)写出氢气、甲醇燃烧热的热化学反应方程式，再根据水状态、甲醇状态的变化，最后根据盖斯定律得出结果； (2)T1点，甲醇的体积分数达到最大，说明反应达到平衡，小于T1时，反应没有达到平衡，大于T1时，从影响化学平衡移动的角度进行分析； (3)图2中先达到平衡，说明压强大； (4)①4min后，甲醇物质的量浓度增大，说明未达到平衡，反应向正反应方向移动；根据化学反应速率的数学表达式进行计算； ②利用“三段式法”计算CO2的平衡时的体积分数和Kp； I.根据环氧丙烷的结构式，推出其分子式为C3H6O，O为－2价，H为＋1价，化合价代数和为0，C的平均价态为；C和O之间共用2个电子对，CO2的结构式为O=C=O； II．(1)H2燃烧热的热化学反应方程式为H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H1=－akJ·mol－1 ①；CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H2=－bkJ·mol－1 ②；H2O(g)=H2O(l) △H3=ckJ·mol－1 ③；CH3OH(g)=CH3OH(l) △H4=dkJ·mol－1；CO2与H2反应生成甲醇与气态水的方程式为CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，根据盖斯定律，有3×①－②－③－④得出：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=(b－3a－c－d)kJ·mol－1； (2)由图1可知，相同时间内，测的甲醇体积分数随反应温度的升高先增大后减小，是因为一开始温度低时，反应未达到平衡，随着温度升高，反应速率增大，相同时间内生成的甲醇的量增大，当反应达到平衡后，由图可知该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，相同时间内生成甲醇的量减少； (3)根据图2相同温度下，甲容器中的反应先达到平衡，说明甲容器中的压强较大，即p1>p2； (4)①根据图像反应进行到4min时，甲醇的物质的量继续增大，反应正向进行，即v(正)>v(逆)；0～4min，消耗CO2的物质的量浓度为(1－0. 5)mol·L－1=0.5mol·L－1，此时消耗H2的物质的量浓度为1.5mol·L－1，根据化学反应速率的表达式v(H2)==0.375mol/(L·min)； ②则CO2的体积分数为×100%=10%；相同条件下，压强之比等于物质的量之比，即达到平衡时总压强为p=p0，Kp==。

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考点分析：

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过氧化碳酰胺[CO(NH2)2·H2O2]是一种与过氧化氢性质相似的固体氧化剂,因其具有价廉、安全、易于储存、使用方便等优点,被广泛应用于日用化工、食品、建筑、农业等领域。请回答下列问题:

I.过氧化碳酰胺的制备

实验室用尿素和双氧水制备过氧化碳酰胺的步骤如下:取5.0 mL 30% H2O2放入50 mL锥形瓶中,加入1.8 g尿素(H2O2与尿素的物质的量之比为3:2);将装有反应混合物的锥形瓶放入水浴锅中,水浴加热至60 °C,加热几分钟,得到一种澄清、透明的溶液;将溶液转移到大蒸发皿上,在60 °C恒温水浴锅上缓慢蒸发;溶液中缓慢析出针状晶体;当结晶完全后,将针状晶体用滤纸吸去水分,称重,得产品2.5 g。

已知:CO(NH2)2+H2O2=CO(NH2)2·H2O2。

(1)H2O2的电子式为________________________。

(2)水浴加热时温度控制在60 °C最好,其原因为___________________________。

(3)过氧化碳酰胺的产率为___________%(结果保留1位小数)。

II.过氧化碳酰胺的性质

称取0.50g过氧化碳酰胺于试管中,加5mL水溶解。

过氧化碳酰胺的鉴定反应步骤及现象如下:

在试管中加入5滴过氧化碳酰胺溶液、0.5 mL乙醚和2滴2 mol·L-1 H2SO4酸化,再加入2~3滴0.1 mol. L-1K2CrO4溶液.振荡试管，上层呈深蓝色,过氧化氢和重铬酸钾发生非氧化还原反应生成蓝色的CrO5,CrO5在乙醚中稳定,碳酰胺[CO(NH2)2]不和重铬酸钾反应,下层呈绿色,CrO5在水中不稳定,易分解生成Cr(OH)2+和O2。

(4)检验O3可用CrO3与O3反应,得蓝色晶体CrO5:CrO3+O3 →CrO5(未配平),则该反应中氧化剂与还原剂的个数比为_____________。

(5)CrO5在水中分解的离子方程式为_______________。

III.过氧化碳酰胺中活性氧含量的测定(以过氧化氢中氧原子的质量分数计)

准确称量7.5200 g产品,配制成100 mL溶液,用移液管移取10.00 mL溶液于250 mL锥形瓶中,加人适量水和硫酸,用0.1000mol·L-1的酸性高锰酸钾标准溶液平行滴定三次，平均消耗的体积为24.00mL。.

(6)配制100mL过氧化碳酰胺溶液所用到的玻璃仪器有____________,判断滴定至终点的现象为___________________，过氧化碳酰胺中活性氧含量为_____________(结果保留1位小数)。

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锂辉石(主要成分为LiAl(SiO3)2,还含有Fe2O3、MgO、Al2O3等杂质)是最重要的提锂矿石原料,工业上以-锂辉石为原料制备碳酸锂,其工艺流程如下:

已知:①-锂辉石化学惰性大,除HF外，几乎不与任何酸碱反应, -锂辉石在高温下可转化为β一锂辉石,β一锂辉石具有更高的化学活性。

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③部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表:

氢氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
开始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

请回答下列问题:

(1)将LiAl(SiO3)2改写成氧化物的形式为_______,1000 °C焙烧-锂辉石的目的为_____.

(2)滤渣2的主要成分为________调节pH值的范围为________。

(3)“除大部分Mg”步骤的离子方程式为______________。

(4)实验室蒸发浓缩操作中所需的仪器为酒精灯、铁架台(带铁圈)、______________。

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(6)碳酸锂是制备锂离子电池的原料之一,某锂离子电池以CoP3作为负极材料，以LiM1.5Ni0.5O4作为正极材料,以可传导Li+的无机固体电解质c-LATP作为电解液,其工作时电池反应为Li1-x Mn0.5Ni0.5O4 + Lix(CoP3 )LiMn1.5Ni0.5O4+(CoP3),则该电池放电时负极的电极反应式为_________________,充电时阳极的电极反应式为_____________。