【題目】利用化學(xué)原理對(duì)廢氣、廢水進(jìn)行脫硝、脫碳處理,可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用,對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明有重要意義。
(1)燃煤廢氣中的CO2能轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)化工原料、清潔能源甲醇(CH3OH,甲醇的結(jié)構(gòu)式如圖):
3H2(g)+CO2(g) CH3OH (g) + H2O(g) △H
①已知:
化學(xué)鍵 | C-H | C-O | C=O | H-H | O-H |
鍵能/KJ/mol | 412 | 351 | 745 | 436 | 462 |
則△H = _________________
②廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醇可用于制作甲醇燃料電池(結(jié)構(gòu)如圖),質(zhì)子交換膜左右兩側(cè)的溶液均為1L2mol·L-1H2SO4溶液。該燃料電池中通入甲醇的一極為____(填a或b),當(dāng)電池中有1mol e-發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為______g (假設(shè)反應(yīng)物耗盡,忽略氣體的溶解)。
(2)H2還原法可消除氮氧化物
已知: N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ·mol-1
H2O(g)= H2O(l) △H=-44kJ·mol-1
H2的燃燒熱為285.8kJ·mol-1
①在催化劑存在下,H2還原NO2生成水蒸氣和氮?dú)獾臒峄瘜W(xué)方程式為_____________。
② 以H2(g)為燃料可以設(shè)計(jì)氫氣燃料電池,該電池以稀NaOH作電解質(zhì)溶液,其負(fù)極電極反應(yīng)式為___________________________________________________________,已知該電池的能量轉(zhuǎn)換效率為86.4%,則該電池的比能量為________kW·h·kg-1(結(jié)果保留1位小數(shù),比能量=,1 kW·h=3.6×106 J) 。
(3)微生物燃料電池(MFC)是一種現(xiàn)代化的氨氮去除技術(shù)。下圖為MFC碳氮聯(lián)合同時(shí)去除的示意圖。
①已知A、B兩極生成CO2和N2的物質(zhì)的量之比為5 : 2,寫出A極的電極反應(yīng)式____________________________________________。
②解釋該裝置去除NH4+的原理_______________________________________________。
(4)利用“ Na—CO2”電池可將CO2變廢為寶。
我國(guó)科研人員研制出的可充電“ Na—CO2”電池,以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料(反應(yīng)前兩電極質(zhì)量相等),總反應(yīng)為4Na+3CO22Na2CO3+C。放電時(shí)該電池“吸入”CO2,其工作原理如圖所示:
①放電時(shí),正極的電極反應(yīng)式為______________________。
②若生成的Na2CO3和C全部沉積在電極表面,當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2 mol e-時(shí),兩極的質(zhì)量差為_________g。
【答案】-175kJ/mola12g4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ·mol-1H2-2e-+2OH- =2H2O34.3CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+NH4+在好氧微生物反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化為NO3-,NO3-在MFC電池正極轉(zhuǎn)化為N23CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C15.8
【解析】
(1)①拆開3mol H2 (g)和1mol CO2(g)中化學(xué)鍵所吸收的總能量為3×436 KJ+2×745 KJ=2798 KJ,形成1mol CH3OH(g) 和1mol H2O(g)所放出的能量是3×412 KJ+351 KJ+3×462 KJ=2973 KJ,所以該反應(yīng)的焓變?yōu)?/span>2798 KJ/mol -2973 KJ/mol =-175 KJ/mol;
②根據(jù)電子流動(dòng)方向?yàn)橛蒫電極流向d電極,則c電極電子流出,作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),故a口輸入甲醇,電極反應(yīng)為:H2O+CH3OH-6e-=CO2+6H+,通入的甲醇以及生成二氧化碳都不影響溶液質(zhì)量,轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí),消耗了1mol H2O ,生成了6 mol H+,減小的質(zhì)量m=18g-6g=12g,當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí),左側(cè)質(zhì)量減輕2g,還有1 mol H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入右側(cè),質(zhì)量減少1g; d電極電子流入,作正極,發(fā)生還原反應(yīng),故b口進(jìn)入氧氣,電極反應(yīng)為:4H++ O2+ 4e-=2 H2O,轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí),1mol O2生成2mol H2O ,增加的質(zhì)量為消耗氧氣的質(zhì)量m=32g,當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí),右側(cè)質(zhì)量增加8g,加上轉(zhuǎn)移過來的氫離子1g,因此左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為:8g+1g+2g+1g=12g。
(2)①
①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ·mol-1
②H2O(g)= H2O(l) △H2=-44kJ·mol-1
③H2(g) +1/2O2(g) =H2O(l) △H3=-285.8kJ·mol-1
④4H2(g) +2NO2(g) =4H2O(g) +N2(g) △H
由蓋斯定律得:④=4×③-4×②-①,所以△H=4×△H3-4×△H2-△H1=-1100.2kJ·mol-1
綜上所述,4H2(g) +2NO2(g) =4H2O(g) +N2(g) △H=-1100.2kJ·mol-1;
②氫氧燃料電池中,負(fù)極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),所以氫氣作負(fù)極,因?yàn)殡娊赓|(zhì)為氫氧化鈉,所以電極反應(yīng)為:H2-2e-+2OH- =2H2O;根據(jù)公式:比能量=,1mol氫氣參加反應(yīng),放出的熱量為285.8kJ,因?yàn)樵撾姵氐哪芰哭D(zhuǎn)換效率為86.4%,所以輸出電能為285800J×86.4%/(3.6×106 J) ×1 kW·h =6.8×10-3 kW·h,1mol氫氣的質(zhì)量為2×10-3Kg,所以比能量=6.8×10-3 kW·h÷2×10-3Kg=3.4_kW·h·kg-1;
(3)①原電池中A電極作負(fù)極,醋酸根被氧化為二氧化碳,所以電極反應(yīng)為:CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+;B電極作正極,得到電子,硝酸根被還原為氮?dú)猓?/span>
②NH4+在好氧微生物反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化為NO3-,NO3-在MFC電池正極轉(zhuǎn)化為N2,從而除去NH4+;
(4)①正極CO2的電子發(fā)生還原反應(yīng),故電極方程式為:3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C;
②正極發(fā)生電極反應(yīng)為:3CO2+4Na++4e-=2 Na2CO3+C,每轉(zhuǎn)移0.2 mol e-,則有0.1 mol Na2CO3和0.05 mol C生成,則正極質(zhì)量增加m=106g/mol×0.1 mol+12 g/mol×0.05 mol=11.2g;負(fù)極發(fā)生電極反應(yīng)為:4Na-4e-=4Na+,每轉(zhuǎn)移0.2 mol e-,則有0.2 mol Na被消耗,所以正極質(zhì)量減小m=23 g/mol×0.2 mol=4.6g,故兩極的質(zhì)量差為11.2g+4.6g=15.8g。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】金屬鎳與鐵,鈷相似,在常溫下對(duì)水和空氣都較穩(wěn)定,能抗堿性腐蝕。常溫下,鎳即可與一氧化碳反應(yīng),形成劇毒的四羰基鎳(Ni(CO)4),加熱后它又會(huì)分解成金屬鎳和—氧化碳。工業(yè)上用含廢鎳廢料(含有鋁、鐵和有機(jī)物)為原料制備蘭尼鎳的工藝流程如圖所示:
已知:25℃時(shí)Ni(OH)2的Ksp=5.4×10-16;Al(OH)3的Ksp=3.0×10-34.
(1)若將NaOH固體進(jìn)行高溫熔融,可選擇的坩堝為_________。
a.鐵坩堝 b.氧化鋁坩堝 c.石英坩堝 d.鎳坩堝
(2)操作Ⅱ的名稱為__________;實(shí)驗(yàn)室中在進(jìn)行操作III時(shí),儀器除酒精燈、坩堝、三腳架外還缺______________。
(3)加入NaC1O溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式______________________________。
(4)固體④經(jīng)操作III得到NiO。合金中鋁和鎳的物質(zhì)的量之比為2:3,則前后兩份金屬鋁用量的最佳配比為________________。
(5)25℃時(shí),若測(cè)得溶液⑤pH=9,該溶液中c(Ni2+)/c(A13+)=__________。
(6)將金屬X與金屬鎳進(jìn)行高溫融合時(shí),可否用CO做保護(hù)氣,請(qǐng)說明原因_________________________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】金屬(M)–空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點(diǎn),有望成為新能源汽車和移動(dòng)設(shè)備的電源。該類電池放電的總反應(yīng)方程式為:4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知:電池的“理論比能量”指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列說法不正確的是
A. 采用多孔電極的目的是提高電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積,并有利于氧氣擴(kuò)散至電極表面
B. 比較Mg、Al、Zn三種金屬–空氣電池,Al–空氣電池的理論比能量最高
C. M–空氣電池放電過程的正極反應(yīng)式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D. 在Mg–空氣電池中,為防止負(fù)極區(qū)沉積Mg(OH)2,宜采用中性電解質(zhì)及陽離子交換膜
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】根據(jù)下列6種符號(hào)回答問題:①1H ②2H ③3H ④14C ⑤14N ⑥16O
(1)共有_______種核素,屬于_______種元素。
(2)互為同位素的是____________。(填序號(hào),下同)
(3)質(zhì)量數(shù)相等的是______________,中子數(shù)相等的是_________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值,下列說祛正確的是
A. 24gMg與足量N2反應(yīng)生成Mg3N2,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為6NA
B. lmolNa218O2中所含的中子數(shù)為42NA
C. 9.8g由H2SO4和H3PO4組成的混合物中含有的氧原子數(shù)為0.4NA
D. 1mol環(huán)已烷中含有的共價(jià)鍵數(shù)為12NA
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】實(shí)現(xiàn)下列變化,需克服相同類型作用力的是
A.干冰和碘的升華B.冰的融化和水的分解
C.NaCl和HCl溶于水D.石英和氯化鈉分別受熱熔化
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】氟及其化合物用途非常廣泛;卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)氟原子的價(jià)電子排布式為_________________。
(2)C2F4可用于合成聚四氟乙烯,HBF4可用于蝕刻玻璃,NO2F可用作火箭推進(jìn)劑中的氧化劑,NaAlF6可用作電冶鋁的助培劑。
①C2F4分子中所含共價(jià)鍵的類型有_____,C2F4分子中碳原子的雜化軌道類型是____,聚四氟乙烯是一種準(zhǔn)晶體,證明它不是晶體可用的實(shí)驗(yàn)方法是_______________。
②HF與BF3化合可得到HBF4,從價(jià)鍵形成角度分析HF與BF3能化合的原因_______________。
③與NO2F分子互為等電子的非極性分子有__________(寫一個(gè)符合要求的化學(xué)式即可)。
(3)CaF2的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。
①CaF2晶胞中,Ca2+的配位數(shù)為_____;F-的配位數(shù)為_____。
②原子坐標(biāo)參數(shù)可表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置,已知A、B兩點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)如圖所示,則C點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)為______________。
③晶胞參數(shù)可描述晶胞的大小和形狀,CaF2晶胞的晶胞參數(shù)。A=546.2pm,則其密度為_____(列出計(jì)算式即可)g/cm3。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】298K時(shí),在20.0mL0.10mol·L-1氯水中滴入0.10mol·L-1的鹽酸,溶液的pH與所加鹽酸的體積關(guān)系如圖所示。己知0.10mol·L-1氨水的電離度為1.32%,下列有關(guān)敘述正確的是
A. 該滴定過程應(yīng)該選擇酚酞作為指示劑
B. M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鹽酸體積為20.0mL
C. M點(diǎn)處的溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=c(H+)=c(OH-)
D. N點(diǎn)處的溶液中pH<12
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