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1、随着我国碳达峰、碳中和目标的确定,含碳化合物的综合利用备受关注。CO2和H2合成甲醇是CO2资源化利用的重要方法。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH1=+41.0 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1
(1)、反应Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3= kJ·mol-1 , 该反应在(高温、低温、任意温度)下能自发进行。(2)、化学家Paul Sabatier研究发现,CO2在催化剂作用下能够转化为甲烷,Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH4<0;
副反应:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH1=+41.0 kJ·mol-1
研究发现,若其他条件不变,压强对CO2的转化率和CH4的选择性的影响如图所示。

化工生产上,通常选取0.1 MPa而不选取更高的压强,原因是。
(3)、在一定条件下,向容积为0.5 L的恒容密闭容器中充入x mol CO2和y mol H2 , 发生反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。
①图1中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系的是曲线(填“m”或“n”),判断依据是。
②若x=2、y=3,测得在相同时间内,不同温度下H2的转化率如图2所示,v逆(a)(填“>”“<”或“=”)v逆(c);温度为T2 K时,起始压强为2.5 MPa,Kp=(保留两位小数;Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
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2、学习小组为探究1 mL、0.1 mol/LNa2S与1 mL、0.1 mol/LFeCl3溶液反应及相关性质,室温下进行了以下实验
Ⅰ.理论分析
预测可能反应
平衡常数
2Fe3++3S2-=Fe2S3↓
K1=1.0×1088
2Fe3++3S2-+6H2O=2Fe(OH)3↓+3H2S↑
K2
2Fe3++S2-=2Fe2++S↓ (S2-少量)
2Fe3++3S2-=2FeS↓+S↓ (S2-过量)
K3=1.7×1042
K4=4.28×1076
查阅资料:
①Fe2S3在酸性环境中不稳定,在碱性环境中相对稳定。
②Ksp(Fe2S3)=1×10-88、Ksp(Fe(OH)3)=2.79×10-39
③Ka1(H2S)=1.3×10-7、Ka2(H2S)=7×10-15
Ⅱ.实验验证
实验
操作
现象
实验1

迅速产生黑色沉淀,振荡后黑色沉淀溶解,产生臭鸡蛋味气体,随Na2S溶液滴加,颜色越来越深,最终得到棕色浊液。
实验2

立即产生大量棕黑色沉淀,且棕黑色沉淀不溶解;振荡黑色沉淀不消失,同时闻到轻微臭鸡蛋气味,继续滴加黑色沉淀不溶解。
ⅰ.对实验1棕色浊液成分进行分析及探究

ⅱ.对实验2黑色沉淀成分进行探究
实验3
取实验2的黑色混合液进行过滤、洗涤、干燥,用洁净的玻璃棒取少量黑色沉淀于试管中,滴加稀 HCl
黑色沉淀溶解,___________,有臭鸡蛋气味。推测该黑色沉淀为Fe2S3
回答下列问题:
(1)、Na2S溶液呈碱性,主要原因是(用离子方程式表示)(2)、请从平衡的角度解释为什么实验1中黑色沉淀迅速产生又消失。(3)、加入乙醇的目的是。(4)、将实验3中实验现象补充完整:。(5)、K2=(用Kw、Ksp、Ka1、Ka2等表示)(6)、长沙理工大学教授团队首创“中性铁硫液流电池体系”如图所示。
①[Fe(CN)6]3-中铁元素化合价为。
②放电时,正极的电极反应为:。
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3、高铁酸钾(K2FeO4)具有极强的氧化性,将适量K2FeO4配制成c()=1.0 mmol/L的试样,将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中,测定c()的变化,结果如图1所示[与水反应的主反应是4+10H2O4Fe(OH)3↓+8OH-+3O2↑]。常温下的水溶液中含铁微粒、、H2FeO4、的物质的量分数随pH的变化如图2所示。以下说法错误的是
A、与水反应ΔH>0 B、为获得尽可能纯净的高铁酸盐,pH应控制在9以上 C、图2中a点的pH=2.45 D、在0.1 mol/L的KHFeO4水溶液中、、H2FeO4三种微粒浓度由大到小顺序是c()>c()>c(H2FeO4) -
4、氰化法从金矿提取黄金简易工艺流程如下(已知:锌的化学性质与铝相似):

下列叙述正确的是
A、“氰浸”中,NaCN作络合剂且N原子为配位原子 B、1 mol Na含有σ键数为7NA C、“还原”中,除生成两种配合物外,还产生H2 D、“除锌”中,试剂X宜选择NaOH溶液、稀硫酸或硝酸等 -
5、中科院研究所曾报道了一种高压可充电碱-酸Zn-PbO2混合电池,电池采用阴、阳双隔膜完成离子循环,该电池良好的电化学性能为解决传统水性电池的关键问题提供了很好的机会。下列说法正确的是
A、充电时,阳极反应式为PbO2+4H+++2e-=PbSO4+2H2O B、电池工作时,a、d两极室电解质溶液pH都减小 C、离子交换膜b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D、放电时,每转移2 mol电子,中间K2SO4溶液中溶质增加1 mol -
6、锂离子电池常用的一种离子导体的阴离子如图所示,由同周期元素原子W、X、Y、Z构成。基态Y原子的s 轨道与p轨道电子数相等,Z 的核外电子总数是W的最外层电子数的3倍。下列说法正确的是
A、同周期元素第一电离能小于Y的有4种 B、基态X原子核外电子有5种空间运动状态 C、简单氢化物的沸点:Z>Y>X D、W和Z可形成含有极性共价键的非极性分子中,各原子都满足8电子稳定结构 -
7、氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键,铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示。若该晶体储氢时,分子在晶胞的体心和棱心位置,铁镁合金晶胞棱长为a cm。下列说法错误的是
A、储氢过程中被还原 B、距离Fe原子最近的Mg原子个数是4 C、该晶体密度为g/cm3 D、含Mg48 g的该储氢合金可储存标准状况下的体积约为22.4 L -
8、下列说法正确的是
①在同一能层上运动的电子,其能量可能不同
②元素周期表中位于金属与非金属分界线附近的元素属于过渡元素
③、CO2、CCl4、SO3是由极性共价键构成的非极性分子
④液晶具有各向异性,用于制备液晶显示器;施加电场可使液晶的长轴取向发生改变
⑤、中心原子的杂化方式均为杂化,空间结构分别为三角锥形和平面三角形
⑥杂化轨道也可以用于形成π键
⑦、、、均满足最外层8电子稳定结构,分子空间结构与其稳定性无关
⑧冠醚12-冠-4能够与形成超分子,而不能与K+形成超分子,离子半径大小与冠醚的空腔匹配有关
A、①③④⑧ B、①③⑤⑦ C、②④⑥⑧ D、②⑤⑦⑧ -
9、下列有关金属的说法正确的是A、金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B、金属晶体有导电性,能导电的物质一定是金属 C、金属原子在化学变化中失去的电子数越多,其还原性越强 D、金属晶体的堆积方式会影响金属的性质
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10、硼及其化合物具有多种结构,化合物中的硼原子多以缺电子中心参与反应。下列说法错误的是A、BF3分子的空间结构为平面三角形 B、B元素位于元素周期表的p区 C、BF3与NH3反应时有配位键生成 D、的键角小于NH3
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11、化学用语是学习化学的重要工具,下列说法正确的是A、1H2、2H2、3H2互为同位素 B、P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28' C、氢键是一种特殊的化学键 D、相同条件下,CH3COOH的酸性弱于CCl3COOH
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12、烯丙醇(CH2=CH-CH2OH)是重要的有机合成中间体,通过不对称氧化反应可合成化合物G(一种β-肾上腺素受体阻滞剂)。化合物G的一种合成路线如下:
(1)、溴代烃B的结构简式为。(2)、化合物D中不能与钠反应的含氧官能团名称为。(3)、下列说法正确的有___________(填序号)。A、C→D的过程中有π键的断裂和σ键形成 B、E分子中碳原子杂化类型为sp2 C、化合物F存在分子间氢键,且能与水互溶 D、D、E、F和G分子中均含有手性碳原子(4)、化合物C的同分异构体中,核磁共振氢谱图中只有一组信号峰的化合物的名称为。(5)、若一定条件下,化合物C先与
反应生成M,再经过不对称氧化反应可直接得到F,写出M的结构简式:。 (6)、以丙烯酸(
)、乙烯和(CH3)2NH为有机原料,根据上述信息,分三步合成化合物
。①第一步:在催化剂的作用下,乙烯与O2发生反应生成环状化合物Q,其反应的化学方程式为。
②第二步:(CH3)2NH与Q反应形成链状化合物。
③第三步:进行(填反应类型),其反应的化学方程式为(注明反应条件)。
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13、二氧化碳的资源化利用是实现“双碳”目标的关键。其中,通过逆水煤气变换(RWGS)反应调控合成气中氢碳比具有重要的工业价值。
RWGS反应:反应Ⅰ.
RWGS反应中可能发生的副反应:
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
回答下列问题:
(1)、 , 反应Ⅲ在(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。(2)、RWGS反应历程中Cu改性前后该路径的相对能量与反应历程关系如图1:
①由图可知,加入Cu助剂后,决速步反应的活化能降低了eV。
②加入Cu的作用是。
(3)、实验测得RWGS反应正逆反应速率方程: , (、分别为正逆反应速率常数,p为各物质分压),反应达到平衡后,仅升高温度,增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)增大的倍数。(4)、恒压下,按投料,发生上述反应。平衡时CO、、、的物质的量分数(x)随温度(T)的变化曲线如图2[已知、];
①曲线c、d代表的物质分别是。
②温度高于400℃后,曲线b超过d且持续增大的原因是。
(5)、控制反应体系总压为p kPa,按投料,发生上述反应。600℃达到平衡时,的转化率为80%,的选择性为25%[已知的选择性]。该温度下反应Ⅲ的平衡常数(用分压表示,列出计算式即可)。 -
14、稀土元素Nd(钕)、Dy(镝)均是清洁能源技术的核心资源,从制造废料(主要成分为 , 含有、、、等)中提取Nd,并回收其有价金属的一种工艺如下:

已知:①常温下, , 。②G-macropa是一种稀土元素离子螯合剂,其与Nd和Dy可形成配合物和。
(1)、制造废料“酸浸”前需“预处理”,粉碎后,再除去表面的矿物油污,除去矿物油污可以选择的试剂是___________(填选项字母)。A、纯碱溶液 B、NaOH溶液 C、苯 D、稀硫酸(2)、常温下,将pH调至4后,滤渣②中主要含有、 , 滤液中。(3)、“除铝”步骤中加入G-macropa螯合剂,其结构如图所示,有关说法正确的有:___________(填字母)。
A、该螯合剂中存在的化学键有:极性键,键,氢键等 B、该螯合剂难溶于水 C、该螯合剂识别K+能力比Na+强,是因为二氮杂-18-冠-6穿孔与K+大小更适配 D、该步骤中加螯合剂目的是使其与和形成配合物溶于水,防止和与形成沉淀(4)、“沉镝”过程中发生反应的离子方程式为。(5)、当与按1:1混合时,配体与金属离子物质的量比(L/M)不同时的分离效率如下图所示。其中 , c(G-macropa)=4mmol/L,c()=10 mmol/L,pH≈7。
①由图可知,该实验条件下,利用G-macropa分离与的最佳L/M比为。
②由图及流程可推测(填离子符号)与螯合剂G-macropa形成的配合物更稳定。
(6)、以为原料制备 , 晶胞结构与NaCl相似,但由于哑铃形的存在,使晶胞沿同一个方向拉长,离最近的有个。设NA为阿伏加德罗常数的值,晶胞参数如图所示,若相对分子质量为M,则晶体密度为(写表达式即可)。
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15、沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域具有广泛的应用。(1)、兴趣小组用沉淀法提纯粗盐(含少量、、)获得NaCl固体。
将粗盐加水溶解,加入过量溶液,过滤,在滤液中依次加入过量和溶液(填化学式)沉淀杂质离子,后续需要的操作及其顺序为(填下列操作编号)。
A.
蒸发结晶 B.
趁热过滤 C.
冷却结晶 D.
常温过滤E.
滴加盐酸(2)、用饱和溶液处理,可转化为易溶于酸的 , 发生反应: (Ⅰ)兴趣小组探究温度对反应(Ⅰ)的反应速率的影响。
实验探究
①25℃时,取100 mL溶液,加入m g 固体,反应t s后,过滤,取20.00 mL滤液,在室温下用盐酸进行滴定(滴定终点时,转化为),消耗盐酸体积为 mL。
②60℃时,重复上述实验,在室温下用盐酸进行滴定,消耗盐酸体积为 mL。
测得25℃和60℃时反应(Ⅰ)的平均反应速率之比。
(3)、兴趣小组采用电导率法测定25℃下的。实验原理 电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。通过测定溶液的电导率,根据电导率与浓度之间的关系计算离子浓度,进而求算。
查阅资料 极稀溶液的电导率等于各离子电导率之和;温度一定时,强电解质的极稀溶液中,M离子的电导率 , 是与离子种类有关的常数。
25℃时, , , 1 =1 L。
实验探究 甲同学按如下实验方案进行实验。
实验目的
实验步骤
制备沉淀
ⅰ.25℃时,将溶液和溶液按溶质的物质的量1:1混合,搅拌,静置,过滤,洗涤,取沉淀
制备饱和溶液
ⅱ.取步骤ⅰ中制备的加蒸馏水溶解,煮沸、搅拌至固体不再减少,冷却至室温,静置取上层清液
测定饱和溶液电导率
ⅲ.25℃时,测定步骤ⅱ中得到的上清液中的电导率
①检验步骤ⅰ中所得沉淀已洗涤干净的操作和现象是。
②步骤ⅲ中测得 , 甲同学结合、计算 , 发现与资料数据相比偏大。
③乙同学分析测得偏大的原因是步骤ⅲ中上清液除含有和外,还含有(填离子符号)。乙同学根据相关原理,补充设计了实验方案,排除该原因的影响,测得的与资料数据相符,该方案为(包括数据处理思路)。
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16、电解水制氢和耦合醇制酸的装置及机理如下,下列说法错误的是
A、阳极反应的催化剂是NiO B、电解时,被氧化 C、阴极室的KOH的物质的量不因反应而改变 D、经历2次NiO与的互相转化可得到2 molH2 -
17、学习小组对乙醇催化氧化实验进行改进,装置如下图所示(已知氯化钙吸收乙醇后形成配合物 , 常温下稳定,受热会分解)。反应过程中下列说法不正确的是
A、配合物发生分解反应,释放出乙醇 B、打开止水夹,挤压洗耳球的目的是鼓入空气 C、可观察到粗铜丝先变黑后变红 D、将银氨溶液换成酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色,证明有乙醛生成 -
18、一种新型淡化海水的电化学装置如图所示,其中c、d均为离子交换膜,b电极为电极,工作时其转化为。该装置工作时,下列说法正确的是
A、负极上电极反应式为 B、c为阳离子交换膜,d为阴离子交换膜 C、电路中转移1 mol电子,理论上电极a比电极b多增重12.5 g D、电路中转移1 mol电子,理论上海水淡化室溶质质量减少29.25 g -
19、下列有关方程式的书写错误的是A、乙酰胺在氢氧化钠溶液中水解: B、与水制备少量氧气: C、将苯酚加入到碳酸钠溶液中:
+→
+
D、用制:
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20、常温下,与存在多个配位平衡:
① ②
③ ④
常温下,向盐酸中加入一定量的 , 体系平衡后得到含的溶液,下列说法正确的是
A、加水稀释,溶液中的微粒总数下降 B、上述溶液中, C、 D、向溶液中加入NaCl固体,一定降低