Question

【題目】氯離子插層鎂鋁水滑石[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]是一種新型離子交換材料，其在高溫下完全分解為MgO、Al2O3、HCl和水蒸氣�，F(xiàn)用下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定其化學(xué)式(固定裝置略去)。

（1）Mg2Al(OH)6Cl·xH2O熱分解的化學(xué)方程式___________________________。

（2）若只通過測定裝置C、D的增重來確定x，則裝置的連接順序?yàn)?/span>________(按氣流方向，用接口字母表示)，其中C的作用是________。裝置連接后，首先要進(jìn)行的操作的名稱是________。

（3）加熱前先通N2排盡裝置中的空氣，稱取C、D的初始質(zhì)量后，再持續(xù)通入N2的作用是______________________、_________________等。

（4）完全分解后測得C增重3.65 g、D增重9.90 g，則x＝________。若取消冷卻玻管B后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定的x值將________(填“偏高”或“偏低”)。

（5）上述水滑石在空氣中放置時(shí)易發(fā)生反應(yīng)生成[Mg2Al(OH)6Cl1－2y·(CO3)y·zH2O]，該生成物能發(fā)生類似的熱分解反應(yīng)�，F(xiàn)以此物質(zhì)為樣品，用(2)中連接的裝置和試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定z，除測定D的增重外，至少還需測定___________。

【答案】 2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O==4MgO＋Al2O3＋2HCl↑＋(5＋2x)H2O↑ aedb 吸收HCl氣體 檢查氣密性 將分解產(chǎn)生的氣體全部帶入裝置C、D中完全吸收 防止產(chǎn)生倒吸 3 偏低 裝置C的增重及樣品質(zhì)量(樣品質(zhì)量及樣品分解后殘余物質(zhì)量或裝置C的增重及樣品分解后殘余物質(zhì)量)

【解析】（1）從題目可以知道，[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]在高溫下完全分解為MgO＋Al2O3＋HCl和水蒸氣，分解產(chǎn)物已經(jīng)確定，配平即可得到化學(xué)方程式。

（2）x是結(jié)晶水的系數(shù)，確定x需要測定分解產(chǎn)物中水蒸氣的質(zhì)量及氣體的質(zhì)量，則需先用濃硫酸來吸收尾氣中的水蒸氣，然后NaOH吸收HCl，通過濃硫酸的增重來計(jì)算水蒸氣，再通過NaOH溶液的增重來計(jì)算HCl，且順序不能顛倒，因?yàn)槲矚庀冉?jīng)NaOH溶液會(huì)帶出部分水蒸氣，造成較大誤差，故連接順序?yàn)?/span>aedb；NaOH與酸性氣體HCl發(fā)生反應(yīng)，故C的作用是吸收HCl氣體；這個(gè)反應(yīng)有大量氣體生成，實(shí)驗(yàn)前必須檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，故首先要進(jìn)行的操作的名稱是檢查氣密性。

（3）N2不會(huì)與體系的任一物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，故持續(xù)通入N2能把分解的氣體全部帶入裝置C、D，另外，反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體都被吸收，容易造成倒吸，持續(xù)通入能防止產(chǎn)生倒吸。

（4）由化學(xué)方程式可知水蒸氣和HCl氣體的比例關(guān)系為： ，故x=3；若取消冷卻玻管B后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，溫度過高的水蒸氣會(huì)影響裝置D濃硫酸的吸收，由比例關(guān)系式： 可知，x的值會(huì)偏低。

（5）[Mg2Al(OH)6Cl1－2y·(CO3)y·zH2O]與[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]的高溫分解反應(yīng)類似，但還有無法用上述裝置測量的H2，故除了裝置D的增重，還需測量另外兩個(gè)變化量，如測量樣品質(zhì)量、樣品分解后殘余物質(zhì)量和裝置C的增重，故還需測量裝置C的增重及樣品質(zhì)量（樣品質(zhì)量及樣品分解后殘余物質(zhì)量或裝置C的增重及樣品分解后殘余物質(zhì)量）。

點(diǎn)睛：實(shí)驗(yàn)的所有的設(shè)計(jì)和操作都是圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行的。測量分解產(chǎn)物的質(zhì)量，就要盡可能減少誤差，所以（3）充入氮?dú)獾哪康氖前焉�成的氣體全部帶入后面裝置被吸收而減小誤差，且可以防止倒吸。

【題型】實(shí)驗(yàn)題
【結(jié)束】
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【題目】霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重影響人們的生活和健康。其中首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5，其主要來源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣等。因此，對PM2.5、SO2、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義。請回答下列問題：

（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣。

若測得該試樣所含水溶性無機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度mol/L	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷試樣的pH=_________。

（2）汽車尾氣中NOx和CO的生成：

①已知汽缸中生成NO的反應(yīng)為：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H>0恒溫，恒容密閉容器中，下列說法中能說明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____

A.混合氣體的密度不再變化 B.混合氣體的平均分子量不再變化

C.N2、O2、NO的物質(zhì)的量之比為1∶1∶2 D.氧氣的百分含量不再變化

②汽車燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO，2CO(g)=2C(s)+O2(g)，已知該反應(yīng)的△H＞0，則該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)______________（填“能”或“不能”）

（3）為減少SO2的排放，常采取的措施有：

①將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料。已知：

H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g) =CO(g)△H =-110.5kJ·mol-1

寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：___________________。

②洗滌含SO2的煙氣。

（4）汽車尾氣凈化的主要原理：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)；△H＜0，若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________（填序號）。（如圖中v正、K、n、w分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

車輛排放的氮氧化物、煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是導(dǎo)致霧霾天氣的“罪魁禍?zhǔn)住敝�一�；钚蕴靠商幚泶髿馕廴疚颪O。在5L密閉容器中加入NO和活性炭（假設(shè)無雜質(zhì)）。一定條件下生成氣體E和F。當(dāng)溫度分別在T1℃和T2℃時(shí)，測得各物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量（n/mol）如下表：

物質(zhì) 溫度/℃	活性炭	NO	E	F
初始	3.000	0.10	0	0
T1	2.960	0.020	0.040	0.040
T2	2.975	0.050	0.025	0.025

（1）寫出NO與活性炭反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________；

（2）計(jì)算上述反應(yīng)T1℃時(shí)的平衡常數(shù)K1=__________________；若T1＜T2，則該反應(yīng)的△H__________________0(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）上述反應(yīng)T1℃時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡后再通入0.1molNO氣體，則達(dá)到新化學(xué)平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為________；

Answer 1

【答案】 4 D 不能 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 BD C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g) 4 < 80%

【解析】（1）根據(jù)表格提供的離子可知，NH4＋ 水解導(dǎo)致試樣溶液呈酸性，再根據(jù)電荷守恒可知，c(K＋)+c(NH4＋ )+c(Na＋)+c(H＋)=2c(SO42-)+c(Cl－)+c(NO3-)，將表格中的數(shù)據(jù)代入得H+離子濃度為10-4，則PH值為4。

（2）①在恒容密閉容器中，混合氣體的質(zhì)量和體積始終不變，混合氣體的密度也始終不變，密度不能作為達(dá)到平衡狀態(tài)的判據(jù)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)是氣體體積不變的可逆反應(yīng)，根據(jù)M=質(zhì)量/n，則混合氣體的平均分子量始終不變，不能作為達(dá)到平衡的判據(jù)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；N2、O2、NO的物質(zhì)的量之比為1∶1∶2不能說明反應(yīng)各物質(zhì)的濃度保持不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氧氣的百分含量不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D項(xiàng)正確；答案選D。

②化學(xué)反應(yīng)2CO(g)=2C(s)+O2(g)是一個(gè)熵減、吸熱的反應(yīng)，則△H-T△S>0，所以該設(shè)想不能實(shí)現(xiàn)。

（3）已知：①H2(g)+ 1/2O2(g) =H2O(g) △H=－241.8kJ·mol-1、②C(s)+1/2O2(g) =CO(g) △H =-110.5kJ·mol-1，利用蓋斯定律，將②-①可得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=（-110.51kJmol-1）-（-241.81kJmol-1）=+13l.3 kJmol-1，所以焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H= +131.3 kJmol-1 。

（4）可逆反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率不再變化，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該物質(zhì)的濃度在化學(xué)平衡時(shí)保持不變，所以K不再變化，B項(xiàng)正確；對于恒容容器而言，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再改變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡時(shí)NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變，D項(xiàng)正確，答案選BD。

（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為0.040：0.080：0.040：0.040 =1：2：1：1，反應(yīng)中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成物為N2與CO2，且該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則反應(yīng)方程式為C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)。

②從表中數(shù)據(jù)可知T1℃時(shí)的平衡濃度c(NO)=0.004mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.008 mol/L，則T1℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1=（0.008×0.008）÷(0.004×0.004)=4；從T1到T2，NO的濃度增大，說明平衡逆向移動(dòng)，若T1＜T2，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，則該反應(yīng)的正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，則△H < 0。

③在T1時(shí)，K=4，設(shè)NO的轉(zhuǎn)化率為x，根據(jù)三段式解答：

C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g)

起始濃度 0.04 0 0

變化濃度 0.04x 0.02x 0.02x

平衡濃度 0.04-0.04x 0.02x 0.02x

K=[0.02x×0.02x]÷[(0.04-0.04x)×(0.04-0.04x)=4，解得x=0.8，即達(dá)到新的平衡時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率為80%。