1、( 2013·广东一模)亚磷酸( H 3 PO 3)是二元酸,与足量 NaOH溶液反应,生和 Na 2 HPO 3。
( 1) PCl 3水解能得到亚磷酸。 PCl 3+ 3 H 2 O= H 3 PO 3+________。
( 2) H 3 PO 3溶液存在电离平衡: H 3 PO 3 H++ H 2 PO 3-。
①某温度下, 0.1000 mol· L- 1的 H 3 PO 3溶液 pH的读数为 1.6,即此时溶液中 c( H+)= 2.7× 10- 2 mol· L- 1。求该温度下上述电离平衡的平衡常数 K,写出计算过程。( H 3 PO 3第二步电离忽略不计,结果保留两位有效数字)。
②根据 H 3 PO 3的性质可推测 NaH 2 PO 3稀溶液的 pH_______ 7(填“>”、 “>” 或“>”)。
( 3)亚磷酸具有强还原性,可使碘水褪色。该反应的化学方程式_______________________。
( 4)电解 Na 2 HPO 3溶液也可得到亚磷酸,装置示意图如下:
说明:阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过。
① 阴极的电极反应式为_____________________________。
② 产品室中反应的离子方程式为_____________________。
【解析】( 1)根据原子守恒可知另一种产物为 HCl,化学计量数为 3。
( 2)①已知 c( H+),根据电离方程式,利用三段法,写出各微粒的初始量、变化量、平衡量,根据平衡常数公式计算即可。
② 0.1000 mol· L- 1的 H 3 PO 3溶液 pH的读数为 1.6,则亚磷酸是弱酸, NaH 2 PO 3是强碱弱酸盐,溶液显碱性。
( 3)亚磷酸中 P的化合价为+ 3价,被氧化为+ 5价, I 2作氧化剂,被还原为 I-,根据氧化还原反应电子守恒可写出方程式。
( 4)电解时阳极 OH-放电,剩余的 H+经阳膜进入产品室,与 HPO 3 2 -结合得到亚磷酸;阴极 H+放电,剩余的 OH-与通过阳膜的 Na+结合得到 NaOH。
【答案】( 1) 3 HCl
( 2)
①
mol• L- 1
② >
( 3) H 3 PO 3+ I 2+ H 2 O= 2 HI + H 3 PO 4
( 4)① 2 H+ + 2 e-= H 2↑② HPO 3 2-+ 2 H+= H 3 PO 3或: HPO 3 2-+ H+= H 2 PO 3-、 H 2 PO 3-+ H+= H 3 PO 3
2、( 2013·北京房山一模)碳化硅 (SiC)、氧化铝( Al 2 O 3)和氮化硅( Si 3 N 4)是优良的高温结构陶瓷,在工业生产和科技领域有重要用途。
( 1) Al的原子结构示意图为__________; Al与 NaOH溶液反应的离子方程式为__________________。
( 2)氮化硅抗腐蚀能力很强,但易被氢氟酸腐蚀,氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐,其反应方程式为_________________。
( 3)工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:
3 SiCl 4 (g)+ 2 N 2 (g)+ 6 H 2 (g) Si 3 N 4 (s)+ 12 HCl (g)△ H< 0
某温度和压强条件下,分别将 0.3 mol SiCl 4 (g)、 0.2 mol N 2 (g)、 0.6 mol H 2 (g)充入 2 L密闭容器内,进行上述反应, 5 min达到平衡状态,所得 Si 3 N 4 (s)的质量是 5.60 g。
① H 2的平均反应速率是___________ mol/( L· min)。
②平衡时容器内 N 2的浓度是________________ mol· L -1。
③ SiCl 4 (g)的转化率是___________。
④若按 n( SiCl 4): n( N 2): n( H 2)= 3: 2: 6的投料配比,向上述容器不断扩大加料, SiCl 4 (g)的转化率应____________(填“增大”、“减”或“不变”)。
⑤在不改变反应条件的情况下,为了提高 SiCl 4 (g)的转化率,可通过改变投料配比的方式来实现。下列四种投料方式,其中可行的是____________ 。
【解析】( 1) Al与 NaOH反应产生 H 2和 NaAlO 2,注意反应物中还有水。
( 2)根据题中所给条件及原子守恒,可写出化学方程式。
( 3)生成 Si 3 N 4 (s)的物质的量是,则
①= 0.024 mol/( L· min);
②;
③;
④向容器中按比例投料,容器中气体量增加,压强增大,平衡逆向移动, SiCl 4 (g)的转化率减小。
⑤为增大 SiCl 4 (g)的转化率,应在原比例的基础上使其他反应物过量,因此 A、 B可以。
【答案】( 1); 2 Al+ 2 OH-+ 2 H 2 O= 2 AlO 2+ 3 H 2↑
( 2) Si 3 N 4+ 16 HF= 3 SiF 4+ 4 NH 4 F
( 3)① 0.024;② 0.06;③ 40%;④减小;⑤ A、 B
3、( 2013·河南郑州质检二)低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,低碳循环正成为科学家研究的主要课题。最近有科学家提出构想:把空气吹入饱和碳酸钾溶液,然后再把 CO 2从溶液中提取出来,经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇。该构想技术流程如下:
( 1)向分解池中通入高温水蒸气的作用是___________。
( 2)已知在常温常压下:
① 2 CH 3 OH (l)+ 3 O 2 (g)= 2 CO 2 (g)+ 4 H 2 O (g)∆ H=- 1275. 6 kJ/ mol
② 2 CO (g)+ O 2 (g)= 2 CO 2 (g)∆ H=- 566. 0 kJ/ mol
③ H 2 O (g)= H 2 O( 1)∆ H=- 44. 0 kJ/ mol
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_____________ 。
( 3)依据甲醇燃烧的反应原理,设计如右图所示的电池装置。该装置负极的电极反应式为_____________ 。
( 4)已知 Ksp( CaCO 3)= 2. 8× 10- 9 mol/ L。现将 CaCl 2溶液与 0. 02 mol/ L Na 2 CO 3溶液等体积混合,生成 CaCO 3沉淀时,所需 CaCl 2溶液的最小物质的量浓度为________________ 。
( 5) CO (g)和 H 2 0 (g)在一定条件下反应可得到清洁燃料 H 2。将不同量的 CO (g)和 H 2 O (g)分别通入到体积为 2 L的恒容密闭容器中发生反应: CO (g)+ H 2 O (g) CO 2 (g)+ H 2 (g),不同温度下得到三组数据:
①实验 1前 6 min的反应速率 v( CO 2) = ___________(保留小数点后两位,下同)。
②实验 2条件下平衡常数 K=__________。
③该反应的△ H_________ 0(填“<”或“>”)。
④实验 3中,若平衡时的转化率α (CO)>α( H 2 O),则的取值范围是________ 。
【解析】( 1) KHCO 3分解需要一定的温度,高温水蒸气可使 KHCO 3温度升高。
( 2)依据盖斯定律,将方程式作如下处理:(① -②)÷ 2+③× 2,可得目标方程式,反应热作同样处理。
( 3)电池总反应是甲醇的燃烧,燃料甲醇所在电极为负极,反应式为甲醇失电子,产生的 CO 2与溶液中 OH-反应生成 CO 3 2 -。
( 4)等体积混合后,溶液体积增大一倍,因此各物质的浓度减小一半,设所需 CaCl 2溶液的最小物质的量浓度为 c,则有, c= 5.6× 10 -7 mol· L -1。
( 5)① CO、 CO 2化学计量数相同,同向反应速率相同,因此≈ 0.13 mol· L -1· min -1;
②
≈ 0.17
③实验 2与实验 1相比,起始时各物质的量减少了一半,平衡时反应物实验 2高于实验 1的一半,生成物实验 2低于实验 1的一半,则说明升高温度平衡逆向移动,逆反应吸热,正反应放热,因此△ H< 0。
④ a、 b相等时, CO和 H 2 O的转化率相同,根据增大某一反应物的量,该反应物转化率降低,其他反应物转化率升高,欲使α (CO)>α( H 2 O),需要使 H 2 O的量大于 CO,即,因 a、 b不为 0,故,则的取值范围是 0<< 1。
【答案】( 1)提供高温环境使 KHCO 3分解
( 2) CH 3 OH (l)+ O 2 (g)= CO (g)+ 4 H 2 O (l)Δ H=- 442.8 kJ· mol -1
( 3) CH 3 OH- 6 e-+ 8 OH-= CO 3 2-+ 6 H 2 O
( 4) 5.6× 10 -7 mol· L -1
( 5)① 0.13 mol· L -1· min -1;② 0.17;③<;④ 0<< 1
4、( 2013·湖南怀化一模)在工业合成尿素时常用 NH 3与 CO 2作原料进行生产。
( 1)右图为合成氨反应,氮气、氢气按体积比为 1∶ 3投料时不同温度和压强、使用相同催化剂条件下,平衡混合物中氨的体积分数图像。
① 若分别用υ A( NH 3)和υ B( NH 3)表示从反应开始至达平衡状态 A、 B时的化学反应速率,则υ A( NH 3) _____________υ B( NH 3)(填“>”、“<”或“=”)。
②在 250℃、 1.0× 10 4 kPa下, H 2的转化率为_____%(计算结果保留小数点后 1位)。
③将 0.02 mol· L -1氨水与 0.01 mol· L -1的盐酸等体积混合,若反应后混合溶液显碱性,则反应混合液中各离子浓度由大到小的顺序为__________ 。
( 2) NH 3 (g)与 CO 2 (g)经过两步反应生成尿素,两步反应的能量变化示意图如下:
① NH 3 (g)与 CO 2 (g)反应生成尿素的热化学方程式为__________。
②工业上合成尿素时,既能加快反应速率,又能提高原料利用率的措施有______________ 。(填序号)
A.升高温度 B.加入催化剂 C.将尿素及时分离出去 D.增大反应体系的压强
( 3)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为 0.5 L的密闭容器中投入 4 mol氨和 1 mol二氧化碳,实验测得反应中各组分随时间的变化如右图所示:
①已知总反应的速率通常由慢的一步反应决定,则合成尿素总反应的速率由第 ________步反应决定。
②反应进行到 10 min时测得 CO 2的物质的量如图所示,则用 CO 2表示的第一步反应的速率 v( CO 2)= ______________。
【解析】( 1)① B与 A相比, B的温度、压强均高于 A,因此 B处的反应速率高;
②设初始时投入氮气的物质的量是 a,平衡时氮气的物质的量是 b,则投入 H 2的物质的量是 3 a,有:
则, a= 3 b
≈ 66.7%。
③将 0.02 mol· L -1氨水与 0.01 mol· L -1的盐酸等体积混合后,相当于 0.01 mol· L -1的氨水与 0.01 mol· L -1的 NH 4 Cl的混合溶液,溶液显碱性即 c( OH-)> c( H+),说明 NH 3· H 2 O的电离大于 NH 4+的水解,因此 c( NH 4+)> c( Cl-),因盐的水解或弱电解质的电离程度较小,因此 c( NH 4+)> c( Cl-)> c( OH-)> c( H+)。
( 2)①第一步反应为: 2 NH 3 (g)+ CO 2 (g)= H 2 NCOONH 4 (s)△ H= -272 kJ· mol- 1,第二步反应为: H 2 NCOONH 4 (s)= CO( NH 2) 2 (s)+ H 2 O (l)△ H= 138 kJ· mol- 1,两反应方程式相加即得总反应,反应热的代数和即总反应的反应热。
②升高温度易使尿素分解, A错;加入催化剂只改变反应速率,不能增大产物产率, B错;将产物及时分离可增大产率,但物质浓度减小,反应速率降低, C错;增大压强反应速率加快,平衡正向移动,产物产率增大, D正确。
( 3)①由图像分析, CO 2和 NH 3的量 15 min左右时已不再变化,第一步反应已达到平衡,而氨基甲酸铵、尿素(水)在 60 min左右才保持不变,则说明第一步反应较快,第二步反应较慢,因此总反应由第二步决定。
②。
【答案】( 1)①<;② 66.7;③ c( NH 4+)> c( Cl-)> c( OH-)> c( H+);
( 2)① 2 NH 3( g)+ CO 2( g)= CO( NH 2) 2( s)+ H 2 O( l)△ H= -134 KJ/ mol;② D;
( 3)①二;② 0.148 mol/( L· min)。