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党的十九大报告中多次提及“绿色环保”、“生态文明”,而 CO2 的有效利用可以缓...

党的十九大报告中多次提及绿色环保生态文明,而 CO2 的有效利用可以缓解温室效应,解决能源短缺问题。

(1)某研究所的科研人员在新型纳米催化剂 NaFe3O4 HMCM22 的表面,以 CO2 为碳源,与电解水产生的 H2 催化转化为高附加值的烃类化合物,其过程如图。

图中 CO2 转化为 CO 的反应为:CO2(g) + H2(g)=CO(g) + H2O(g)  ΔH1 = + 41 kJ•mol-1。已知:2CO2(g) + 6H2(g)=C2H4(g) + 4H2O(g)    ΔH2=128 kJ•mol-1。图中 CO 转化为 C2H4 的热化学方程式是__________________   

(2)甲醇是未来重要的绿色能源之一,在工业中常用 COH2 合成甲醇,其反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)    ΔH3 < 0

①为了探究浓度对反应速率的影响,200 时在 10 L 恒容密闭容器中进行实验,测得的实验数据如下表所示:

实验

起始浓度/(mol·L-1)

初始速率/(mol·L-1·min-1)

CO

H2

1

0.25

0.50

0.391

2

0.25

1.00

0.781

3

0.50

0.50

0.780

 

该反应速率的通式为 v=k cm(CO)•cn(H2)(k 是与温度有关的速率常数)。由表中数据可确定反应速率通式中 m =_______n =_____(取正整数)。实验发现,当实验 1 c(H2) = 0.25 mol•L1时达到平衡,请计算该反应的平衡常数 K = _____

②若将一定比例的 CO H2 在装有催化剂的反应器中反应 12 小时,体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示。

 

请判断温度为 470 K 时,图中 P _________(不是”)处于平衡状态,490 K 之后,甲醇产率随温度升高而减小的可能原因为:_____ _____

(3)近年来,有研究人员用 CO2 通过电催化生成多种燃料,其工作原理如图所示。

①请写出 Cu 电极上产生 CH3OH 的电极反应式:_____________

②如果Cu 电极上只生成 0.15 mol C2H4 0.30 mol CH3OH,则 Pt 电极上产生O2 的物质的量为 ___________mol

③已知 HCOOH 为一元弱酸,常温下将 0.1 mol•L1 HCOOH 溶液与 0.1 mol•L1 NaOH 溶液按体积比 a : b混和(忽略溶液体积的变化),混合后溶液恰好显中性,则 HCOOH 的电离常数 Ka=_____________(用含 ab 的代数式表示)

 

2CO(g) +4H2(g) = C2H4(g) + 2H2O(g) △H= - 210 kJ/mol 1 1 16 不是 升高温度,反应逆向移动 催化剂活性降低 CO2+6H++6e-= CH3OH+H2O 0.675 【解析】 (1)根据盖斯定律计算; (2)①将表格数据代入公式,利用待定系数法求解;通过三段式计算平衡常数; ②根据图示和影响反应速率因素作答; (3)①铜电极为阴极,得电子发生还原反应; ②根据电路中电子守恒进行计算; ③HCOOH的电离常数K=,据此进行计算。 (1)图中CO2转化为CO的反应为: CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(g) △H= +41kJ/mol,已知:2CO2(g) + 6H2(g) = C2H4(g) + 4H2O(g) △H= -128kJ/mol,将第二个方程式减去第一个方程式的2倍得到CO转化为C2H4的热化学方程式:2CO(g) +4H2(g) = C2H4(g) + 2H2O(g) △H= - 210 kJ/mol,故答案为:2CO(g) +4H2(g) = C2H4(g) + 2H2O(g) △H= - 210 kJ/mol; (2) ①v正=k正 cm(CO)•cn(H2)可知实验1中,0.391mol/(L·min)= k正×(0.25mol/L)m×(0.50mol/L)n;实验2中:0.781mol/(L·min)= k正×(0.25mol/L)m×(1.00mol/L)n;实验2中:0.780mol/(L·min)= k正×(0.50mol/L)m×(0.50mol/L)n;则2/1可得2=2n,即n=1;3/1得2=2m,则m=1;当实验 1 中 c(H2) = 0.25 mol·L-1时达到平衡,通过三段式计算有,平衡常数 K ==16,故答案为:1;1;16; ②温度为470K时,图中P点不是处于平衡状态;在490K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快,490K之后,甲醇产率下降的原因是升高温度,反应逆向移动、催化剂活性降低,故答案为:不是;升高温度,反应逆向移动;催化剂活性降低; (3)①铜电极与电源负极相连为阴极,CO2得电子被还原生成CH3OH,根据电荷守恒元素守恒可知电极反应方程式为:CO2+6H++6e-= CH3OH+H2O,故答案为:CO2+6H++6e-= CH3OH+H2O; ②C2H4和CH3OH中碳均为-2价,CO2转化成C2H4和CH3OH化合价均降低6价,所以生成0.15molC2H4和0.30 molCH3OH时转移的电子为2.7mol,则生成的氧气为=0.675mol,故答案为:0.675; ③混合后溶液呈中性,所以c(H+)= c(OH-)=10-7mol/L,根据电荷可知c(HCOO-)=c(Na+)=,根据物料守恒有:c(HCOO-)+ c(HCOOH)= ,所以c(HCOOH)= ,电离平衡常数Ka=,故答案为:。
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考点分析:
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碘是人体必需的生命元素,对人类的生长发育起着重要作用。碘主要存在于海草(如海带)、海水和盐矿中。某小组同学设计如下实验流程模拟从海草中提取碘。

(1)灼烧海草时,除需要三脚架外,还需要用到的下列仪器有_____(填标号字母)

A.烧杯    B.坩埚    C.表面皿    D.泥三角    E.酒精灯    F.干燥管

(2)“氧化是关键步骤。小组同学设计实验探究 KI 溶液的氧化反应,实验记录如表所示:

序号

实验

操作

现象

先加 0.5 mL 0.5 mol/L

NaClO 溶液,后滴几滴淀粉溶液

溶液先变为浅黄色后溶液变蓝

先加 0.5 mL 0.5 mol/L KI

溶液后滴几滴淀粉溶液

先溶液保持无色后溶液也不变蓝,且 pH=10

 

①实验Ⅰ中溶液变为浅黄色所发生反应的离子方程式是:_________________    

②对比实验 I II,探究实验 II 反应后溶液不变蓝的原因,小组同学提出两种假设:

假设 1NaClO 溶液显碱性,I2 在碱性溶液发生歧化反应 3I2 +6OH= IO3+ 5I+ 3H2O

假设 2NaClO 溶液有强氧化性,可氧化 I2

(a)NaClO 溶液显碱性的原因: __________(用离子方程式表示)

(b)设计实验 III,证实假设 2 成立,所用装置如图所示,甲溶液是___________ ,实验现象是______________

③小组同学又设计了如下实验:

序号

实验

操作

现象

敞口试管

2 小时后滴加淀粉溶液才出现蓝色

敞口试管

水浴 70

20 min 溶液保持无色,冷却至室温后滴加淀粉溶液出现蓝色

密闭试管

水浴 70

溶液迅速出现黄色,且黄色逐渐加,冷却至室温后滴加淀粉溶液出现蓝色

 

(a)分析实验Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ,得出影响氧气氧化 KI 溶液的反应速率的因素有 _________

(b)试解释与实验Ⅵ相比,实验Ⅴ速率较慢的原因 _____________

 

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钼酸钠晶体(Na2MoO4•2H2O)是白色菱形结晶体,毒性较低,对环境污染污染程度低,可作新型水处理剂和金属腐蚀抑制剂。工业上利用钼精矿(主要成分是不溶于水的 MoS2)制备钼酸钠的两种途径如图所示。

(1)途径Ⅰ焙烧过程中,为了提高焙烧效率,除增大空气量外还可以采用的措施有___ 在该过程的主要反应中,氧化剂与还原剂物质的量之比为________

(2)途径Ⅱ氧化时还有 Na2SO4 生成,则反应的离子方程式为 ____________

(3)已知途径Ⅰ的钼酸钠溶液中 c(MoO42)0.40 mol•L1c(CO32)0.10 mol•L1。由钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入 Ba(OH)2 固体以除去 CO32。在不损失 MoO42的情况下,CO32的最大去除率是 ____________    [已知 Ksp(BaCO3)1×10-9Ksp(BaMoO4)4.0×108,忽略溶液的体积变化]

(4)途径Ⅱ中 Na2MoO4 溶液通过结晶的方法可得到 Na2MoO4 晶体。母液可以循环利用,但循环一定次数后必须对母液进行处理,试解释原因 _________

(5)途径Ⅱ比途径Ⅰ的优点有 ________________(答出两条)

(6)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。常温下,碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图。

①当硫酸的浓度大于 90%时,碳素钢腐蚀速率几乎为零,原因是________________

②若缓释剂钼酸钠-月桂酸肌氨酸总浓度为 300 mg•L1,则缓蚀效果最好时钼酸钠(M206 g•mol1)的物质的量浓度为 ________(计算结果保留 3 位有效数字)

 

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恒温 25 ℃下,向一定量的 0.1 mol•L1 MOH 溶液中逐滴滴入稀盐酸。溶液中水电离出的氢离子浓度的负对数[ pC 表示,pC=-lgc(H+)]与加入盐酸体积的关系如图所示。下列叙述错误的是:

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B.随着稀盐酸的加入, 不断减小

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炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可快速氧化 SO2。下列说法错误的是:

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XYZW 是原子序数依次增大的短周期主族元素, XZ 原子序数之和是 YW 原子序数之和的 。甲、乙 、丙、丁是由这些元素组成的二元化合物, M 是某种元素对应的单质, 乙和丁的组成元素相同, 且乙是一种绿色氧化剂 化合物 N 是具有漂白性的气体(常温下)。上述质物间的转化关系如图所示(部分反应物和生成物省略)。下列说法正确的是:

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