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氢能作为理想的清洁能源之一,已经受到世界各国的普遍关注。氢的存储是氢能应用的主要...

氢能作为理想的清洁能源之一已经受到世界各国的普遍关注。氢的存储是氢能应用的主要瓶颈,目前所采用或正在研究的主要储氢方法有配位氢化物储氢、碳质材料储氢、合金储氢、多孔材料储氢等。

请回答下列问题

(1)氨硼烷( NH3BH3)是一种潜在的储氢材料,它可由六元环状化合物(HB=NH)3通过3CH4+2(HB=NH)3+6H2O=3CO2+6H3BNH3制得

①B、C、N、O第一电离能由大到小的顺序为_____________,CH4、H2O、CO2键角由大到小的顺序为_________________

②1(HB=NH)3分子中有______σ键。与(HB=NH)3互为等电子体的分子为________(填分子式)。

反应前后碳原子的杂化轨道类型分别为______________________

氨硼烷在高温下释放氢后生成的立方氮化硼晶体具有类似金刚石的结构但熔点比金刚石低,原因是___________________________

(2)一种储氢合金由镍和镧(La)组成其晶胞结构如图所示。

①Ni 的基态原子核外电子排布式为_______________

该晶体的化学式为_______________

该晶体的内部具有空隙且每个晶胞的空隙中储存6个氢原子比较稳定。已知:a=m pm,c=n pm;标准状况下氢气的密度为ρg·cm-3阿伏加德罗常数的值为NA。若忽略吸氢前后晶胞的体积变化则该储氢材料的储氢能力为______________。 (储氢能力=)

 

N>O>C>B CO2>CH4>H2O 12 C6H6 sp3 sp B—N键的键长大于C—C键的,键能小于C—C键的(指出键长或键能关系均给分) 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 LaNi5 (或) 【解析】 (1)①同周期从左向右第一电离能增大,但IIA>IIIA,VA>VIA,出现反常,因此第一电离能大小顺序是N>O>C>B;CH4的键角是109°28′,H2O的键角是105°,CO2的键角是180°,顺序是CO2>CH4>H2O; ②成键原子间只能形成一个σ键,(HB=NH)3为六元环状化合物,因此1个(HB=NH)3中含有σ键个数为12个;原子数相同,电子总数相同的分子,互称为等电子体,根据等电子体的概念以及(HB=NH)3为六元环状化合物,推出等电子体的分子为C6H6; ③甲烷中C原子价层电子对个数是4、二氧化碳中C原子价层电子对个数是2,甲烷中碳原子采用sp3杂化、二氧化碳中C原子采用sp杂化; ④立方氮化硼晶体具有类似金刚石的结构,即立方氮化硼晶体为原子晶体,比较原子晶体熔沸点通过键长、键能考虑,B—N键的键长大于C—C键的,键能小于C—C键,因此立方氮化硼的熔沸点低于金刚石; (2)①Ni位于第四周期VIII族,28号元素,Ni的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2; ②La位于顶点,个数为8×=1,Ni位于面上和体心,个数为8×+1=5,化学式为LaNi5; ③氢气的质量为g,晶胞的体积为(m×10-10×m×10-10×n×10-10×sin60°)cm3,则储氢后氢气的密度为g/cm3,因此储氢材料故的储氢能力为(或)。  
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考点分析:
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地球上的氮元素对动植物有重要作用,其中氨的合成与应用是当前的研究热点。人工固氮最主要的方法是HaberBosch法。通常用以铁为主的催化剂在400500℃和1030MPa的条件下,由氮气和氢气直接合成氨。

Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态):

化学吸附:N2(g)→2N* H2(g)→2H*

表面反应:N*+H*⇌NH*NH*+H*⇌NH2*NH2*+H*⇌NH3*

脱附:NH3*⇌NH3(g)

其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。

请回答:

(1)已知合成氨反应中生成1 mol NH3放出46kJ热量,该反应的热化学方程式为______

(2)实际生产中,原料气中N2H2物质的量之比为12.8。分析说明原料气中N2过量的理由________

(3)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是____________

A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零

B.控制温度远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率

C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行

D.原料中N2由分离空气得到,H2由天然气与水蒸气反应生成,原料气需要经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生

(4)已知反应:N2(g)+H2(g)⇌NH3(g)标准平衡常数,其中为标准压强(1×105Pa),为各组分的平衡分压,如:=p为平衡总压,为平衡系统中NH3的物质的量分数。

N2H2起始物质的量之比为13,反应在恒定温度和标准压强下进行,N2的平衡转化率为,则=_________(用含的最简式表示)。

(5)常温常压下电解法合成氨的原理如图所示:

①阴极生成氨的电极反应式为__________

②阳极产物只有O2,电解时实际生成的NH3的总量远远小于由O2理论计算所得NH3的量,结合电极反应式解释原因:___________________

 

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过二硫酸钠(Na2S2O8)也叫高硫酸钠,可用于废气处理及有害物质氧化降解.用(NH4)2S2O8溶液和一定浓度的NaOH溶液混合可制得Na2S2O8晶体,同时还会放出氨气。某化学兴趣小组利用该原理在实验室制备Na2S2O8晶体(装置如图所示).

 

已知:反应过程中发生的副反应为2NH3+3Na2S2O8+6NaOH6Na2SO4+6H2O+N2

(1)图中装有NaOH溶液的仪器的名称为___,反应过程中持续通入氮气的目的是___

(2) (NH4)2S2O8可由电解硫酸铵和硫酸的混合溶液制得,写出电解时阳极的电极反应式:___

(3)Na2S2O8溶于水中,会发生一定程度的水解,最终仅生成H2SO4Na2SO4和另一种常温下为液态且具有强氧化性的物质,写出该反应的化学方程式:___

(4)Na2S2O8具有强氧化性,该兴趣小组设计实验探究不同环境下Na2S2O8氧化性的强弱。将MnSO4•H2O(1.69g)与过量Na2S2O8(10g)溶于水中形成的混合溶液煮沸3min,观察并记录加入试剂时和加热过程中的现象(如表格所示)。

环境

调节溶液氧化环境时的现象

加热煮沸3min期间产生的现象

中性

加入VmL蒸馏水,无明显现象

30s时开始有大量气泡冒出,3min后溶液变深棕色,溶液中有悬浮小颗粒

碱性

加入VmL某浓度的NaOH溶液,瞬间变为棕色(MnO2

10s后溶液逐渐变为深紫色(MnO4-),没有明显冒气泡现象

酸性

加入VmLH2SO4无明显现象

煮沸3min后,有气泡冒出

 

 

①在___(填中性”“酸性碱性”)条件下,Na2S2O8的氧化能力最强。

②中性氧化时,会产生大量气泡,其原因为___

③若用0.1mol•L-1H2O2溶液滴定碱性氧化反应后的溶液(先将溶液调至酸性再滴定),滴定终点时的现象为___;达到滴定终点时,消耗H2O2溶液的体积为V1rnL。则碱性氧化后的溶液中NaMnO4的质量为___ g(用含V1的代数式表示,5H2O2~2)

 

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三草酸合铁酸钾[K3Fe(C2O4)3•3H2O]是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。某化学小组探究用废铁屑(含少量-2S元素)为原料制备三草酸合铁()酸钾晶体。具体流程如图:

已知:①(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O为蓝绿色晶体,FeC2O4·2H2O为难溶于水的黄色晶体,K3Fe(C2O4)3·3H2O为可溶于水、难溶于乙醇的翠绿色晶体。

25℃时,[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O(aq)   K=6.31×10-17

[Fe(SCN)]2+(aq)为血红色。

回答下列问题:

1)三草酸合铁酸钾[K3Fe(C2O4)3•3H2O]中铁的化合价是_____

2)废铁屑中加入10%NaOH并加热的目的是__

3)为防止污染空气,反应所产生的废气可选择__净化处理。(填选项)

AH2O        BNaOH溶液         C.盐酸        DCuSO4溶液

4)写出浅绿色悬浊液中加入饱和H2C2O4生成黄色沉淀的化学方程式:__

5)制备过程中加入6%H2O2的目的是__,温度保持70~80℃,采用的合适加热方式是__

6)获得翠绿晶体的操作①是___

7)用乙醇洗涤晶体的原因是___

8)某同学欲检验所制晶体中的Fe),取少量晶体放入试管中,加蒸馏水使其充分溶解,再向试管中滴入几滴0.1mol•L-1KSCN溶液。请判断上述实验方案是否可行并说明理由:___

 

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C1O2作为一种强氧化剂,是国际上公认的高效消毒灭菌剂,但因其易爆有毒,常用NaClO2替代。常温下,将NaOH固体加入到由0.1molC1O2溶于水配成的1L溶液中。溶液pH及部分组分含量变化曲线如图,下列叙述不正确的是

(已知:2C1O2+H2OHC1O2+H++C1O3-)

A.Ka(HClO2)≈10-4.5

B.不能用pH试纸测该溶液的pH

C.酸性:HClO2<HClO3,氧化性:HClO2>HClO3

D.该图像上任何一点,都有c(C1O2-)+c(HC1O2)+c(C1O3-)=0.1mol·L-1

 

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一定温度下,将1 mol X3 mol Y置于2 L的恒容密闭容器中,发生反应:X(g)3Y(g)2Z(g),反应过程中部分数据如表所示:

t/min

0

10

20

30

40

p/kPa

32

28.8

27.2

26.88

26.88

 

下列说法正确的是

A.10min时,用Y表示的平均反应速率为0.03 mol·L1·min1

B.XY的转化率之比保持不变时,可判断反应达到平衡状态

C.平衡状态时,c(Z)0.32 mol·L1

D.用气体分压代替物质的量浓度计算该反应的平衡常数,数值不变

 

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