【題目】CH4超干重整CO2技術(shù)可得到富含CO的化工原料;卮鹣铝袉栴}:

(1)CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化如圖所示:

①已知相關(guān)反應的能量變化如圖所示:

過程Ⅰ的熱化學方程式為________。

②關(guān)于上述過程Ⅱ的說法不正確的是________(填序號)。

a.實現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離

b.可表示為CO2+H2=H2O(g)+CO

c.CO未參與反應

d.Fe3O4、CaO為催化劑,降低了反應的ΔH

③其他條件不變,在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反應CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)進行相同時間后,CH4的轉(zhuǎn)化率隨反應溫度的變化如圖所示。a點所代表的狀態(tài)________(填“是”或“不是”)平衡狀態(tài);b點CH4的轉(zhuǎn)化率高于c點,原因是________

(2)在一剛性密閉容器中,CH4和CO2的分壓分別為20kPa、25kPa,加入Ni/α-Al2O3催化劑并加熱至1123K使其發(fā)生反應CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。

①研究表明CO的生成速率υ(CO)=1.3×10-2·p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1,某時刻測得p(CO)=20kPa,則p(CO2)=________kPa,υ(CO)=________mol·g-1·s-1

②達到平衡后測得體系壓強是起始時的1.8倍,則該反應的平衡常數(shù)的計算式為Kp________(kPa)2。(用各物質(zhì)的分壓代替物質(zhì)的量濃度計算)

(3)CH4超干重整CO2得到的CO經(jīng)偶聯(lián)反應可制得草酸(H2C2O4)。常溫下,向某濃度的草酸溶液中加入一定濃度的NaOH溶液,所得溶液中,則此時溶液的pH=________。(已知常溫下H2C2O4的Ka1=6×10-2,Ka2=6×10-5,lg6=0.8)

【答案】CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4kJ·mol-1 cd 不是 bc都未達平衡,b點溫度高,反應速率快,相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高 15 1.95 2.7

【解析】

由能量-反應進程曲線得熱化學方程式,應用蓋斯定律可得過程I的熱化學方程式。過程II中進入循環(huán)的物質(zhì)是最初反應物,出循環(huán)的物質(zhì)是最終生成物,可得總反應方程式。恒溫恒容時組分氣體的分壓與其物質(zhì)的量成正比,故用分壓代替物質(zhì)的量進行計算。草酸溶液與NaOH溶液混合后,其兩步電離平衡仍然存在,據(jù)電離常數(shù)表達式可求特定條件下溶液的pH。

(1)①據(jù)CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化圖,過程I的化學反應為CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。由能量-反應進程曲線得熱化學方程式:

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH+206.2kJ·mol-1 i

CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165kJ·mol-1 ii

(i)×2+(ii)得過程I的熱化學方程式:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4kJ·mol-1

過程物質(zhì)變化為:左上(CO、H2、CO2+ 右下(惰性氣體)左下(H2O+ 右上(CO、惰性氣體),總反應為H2+CO2=H2O+COFe3O4、CaO為總反應的催化劑,能降低反應的活化能,但不能改變反應的ΔH。故ab正確,cd錯誤。

通常,催化劑能加快反應速率,縮短反應到達平衡的時間。但催化劑不能使平衡發(fā)生移動,即不能改變平衡轉(zhuǎn)化率。若圖中a點為化學平衡,則保持溫度不變(800℃),將催化劑II換成IIIICH4轉(zhuǎn)化率應不變,故a點不是化學平衡。

同理,圖中b、c兩點都未達到化學平衡。據(jù)題意,b、c兩點只有溫度不同,b點溫度較高,反應速率快,相同時間內(nèi)CH4轉(zhuǎn)化率高。

(2)①據(jù)氣態(tài)方程PVnRT,恒溫恒容時某組分氣體的分壓與其物質(zhì)的量成正比。則反應中分壓為

1123K恒容時,CH4g)+CO2g)=2COg)+2H2g

起始分壓/kPa 20 25 0 0

改變分壓/kPa 10 10 20 20

某時分壓/kPa 10 15 20 20

即某時刻p(CO2)15kPap(CH4)10kPa。代入υ(CO)1.3×102·p(CH4)·p(CO2)mol·g1·s11.95mol·g1·s1。

設(shè)達到平衡時CH4的改變分壓為x kPa,

1123K恒容時,CH4g)+CO2g)=2COg)+2H2g

起始分壓/kPa 20 25 0 0

改變分壓/kPa x x 2x 2x

平衡分壓/kPa 20x 25x 2x 2x

據(jù)題意,有1.8,解得x18CH4(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的平衡分壓依次是2 kPa7 kPa、36 kPa、36 kPa,代入Kp(kPa)2

(3)常溫下,草酸溶液與NaOH溶液混合,所得混合溶液中仍存在分步電離:

H2C2O4H++HC2O4 Ka1

HC2O4H++C2O42 Ka2

時,Ka1·Ka2。6×103.5 mol/L,pH2.7。

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】(12分)已知:I22S2O===S4O2I。相關(guān)物質(zhì)的溶度積常數(shù)見下表:

物質(zhì)

Cu(OH)2

Fe(OH)3

CuCl

CuI

Ksp

2.2×1020

2.6×1039

1.7×107

1.3×1012

(1)某酸性CuCl2溶液中含有少量的FeCl3,為得到純凈的CuCl2·2H2O晶體,加入 ,(填化學式)調(diào)至pH4,使溶液中的Fe3轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,此時溶液中的c(Fe3) 。過濾后,將所得濾液低溫蒸發(fā)、濃縮結(jié)晶,可得到CuCl2·2H2O晶體。

(2)在空氣中直接加熱CuCl2·2H2O晶體得不到純的無水CuCl2,原因是 (用化學方程式表示)。由CuCl2·2H2O晶體得到純的無水CuCl2的合理方法是 。

(3)某學習小組用間接碘量法測定含有CuCl2·2H2O晶體的試樣(不含能與I發(fā)生反應的氧化性雜質(zhì))的純度,過程如下:取0.36 g試樣溶于水,加入過量KI固體,充分反應,生成白色沉淀。用0.1000 mol/L Na2S2O3標準溶液滴定,到達滴定終點時,消耗Na2S2O3標準溶液20.00 mL。

可選用 作滴定指示劑,滴定終點的現(xiàn)象是 。

②CuCl2溶液與KI反應的離子方程式為 。

該試樣中CuCl2·2H2O的質(zhì)量百分數(shù)為 。

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,下列說法正確的是

A. 0.1 mol NaHSO4固體中含有的離子總數(shù)為0.3NA

B. 1L 1 mo1·L-1(NH4)2CO3溶液中所含NH4+的數(shù)目為2NA

C. 標況下,22.4L Cl2通入水中,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為NA

D. 20g D2O含有的中子數(shù)為10NA

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】堿式碳酸銅可用作木材防腐劑、水體殺藻劑等,研究性學習小組設(shè)計以下方案制備堿式碳酸銅并進行相關(guān)實驗探究。

Ι.以銅屑為原料制備堿式碳酸銅的裝置如下:

步驟1 連接好裝置,檢查裝置的氣密性,裝藥品。

步驟2 往三頸燒瓶中加入適量的濃硝酸,使銅屑完全反應。

步驟3 往步驟2反應后的溶液中加入一定比例的Na2CO3NaOH的混合液,加熱。

步驟4 將三頸燒瓶中的混合物過濾、洗滌、烘干,獲得產(chǎn)物。

已知:。畨A式碳酸銅為草綠色或綠色結(jié)晶物,易溶于酸,不溶于水,在100℃的水中易分解;

ⅱ.NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O,2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O;

NO不能單獨與NaOH溶液反應。

1)步驟2中濃硝酸與銅屑反應的離子方程式為___________________。

2)步驟2反應一段時間后,須打開止水夾,通入一段時間的空氣,目的是_______。

3)步驟3對裝置A的加熱方式最好采用____________

4)裝置Ι中儀器a的名稱為____,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個裝置不能替代圖1B裝置的是_____(填裝置序號)。

5)欲檢驗步驟4獲得的產(chǎn)物中是否含有NO3-,所需的試劑可以是__________。

Ⅱ.探究在一定溫度下,不同的原料配比對產(chǎn)物的影響,實驗數(shù)據(jù)如下:

實驗序號

V[Cu(NO3)2] /mL

0.5 mo1·L-1

V(NaOH) / mL

0.5 mo1·L-1

V(Na2CO3)/ mL

0.25 mo1·L-1

沉淀數(shù)量

沉淀顏色

1

2.0

2.0

1.6

+

淺綠色

2

2.0

2.0

2.0

+ +

淺綠色

3

2.0

2.0

2.4

+ + +

藍色

4

2.0

2.0

2.8

+ + +

藍色

注:“+”越多表示沉淀量越多

6)分析表格數(shù)據(jù)可得:制備堿式碳酸銅最佳的原料配比n[Cu(NO3)2]:n(NaOH) : n(Na2CO3) =___。

Ⅲ.產(chǎn)物組成的測定

7)堿式碳酸銅的成分有多種,化學式可表示為mCu(OH)2·n CuCO3。為測定Ι中所得堿式碳酸銅的組成,學習小組同學準確稱取3.820 g樣品溶于適量的硫酸中,加水配成l00 mL溶液,取l0.00 mL溶液于錐形瓶中,加適量水稀釋,調(diào)節(jié)溶液pH34,加入過量的KI2 Cu2+ + 4 I- = 2 CuI↓ + I2),用0.l000 mol·L-1 Na2S2O3標準溶液滴定(2 S2O32- + I2 = 2I- + S4O62-),接近終點時,加入淀粉指示劑,繼續(xù)滴定至終點,藍色消失。進行平行實驗后,測得平均消耗Na2S2O3標準溶液的體積為35.00 mL。該堿式碳酸銅的化學式為_____

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】無水MgBr2常用于催化劑。某化學小組在實驗室選用下圖所示裝置 (夾持裝置略)采用鎂屑與液溴為原料制備無水MgBr2。

已知:①在濃硫酸存在下,加熱到140℃時乙醇脫水生成乙醚(C2H5OC2H5),加熱到170℃時乙醇脫水生成CH2 = CH2。

②乙醚的熔點為34.6℃,沸點為132℃。

MgBr2劇烈反應,放出大量的熱;MgBr2具有強吸水性;MgBr2能與乙醚發(fā)生反應 MgBr2 +3C2H5OC2H5 MgBr2 3C2H5OC2H5。

實驗主要步驟如下:

I.選用上述部分裝置,正確連接,檢查裝置的氣密性。向裝置中加入藥品。

II.加熱裝置A,迅速升溫至140℃,并保持140℃加熱一段時間,停止加熱。

III.通入干燥的氮氣,讓液溴緩慢進入裝置B中,直至完全加入。

IV.裝置B中反應完畢后恢復至室溫,過濾反應物,將得到的濾液轉(zhuǎn)移至干燥的燒瓶中,在冰水中冷卻,析出晶體,再過濾得三乙醚合溴化鎂粗產(chǎn)品。

V.用苯洗滌粗產(chǎn)品,減壓過濾,得三乙醚合溴化鎂,將其加熱至160℃分解得無水 MgBr2。

回答下列問題:

(1)裝置A中使用儀器m的優(yōu)點是________。

(2)步驟I中所選裝置的正確連接順序是a________ (填小寫字母)。裝置D的作用是________

(3)若加熱裝置A一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加入碎瓷片,應該采取的正確操作是________。

(4)步驟V中用苯洗滌三乙醚合溴化鎂的目的是________。

(5)步驟V采用減壓過濾(使容器內(nèi)壓強降低,以達到固液快速分離)。下列裝置可用作減壓過濾的是________(填序號)。

(6)實驗中若溫度控制不當,裝置B中會產(chǎn)生CH2Br—CH2Br。請設(shè)計實驗驗證 CH2Br—CH2Br的存在:從反應后的混合物中分離提純得到CH2Br—CH2Br,_______。

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】425℃時,向某V L的密閉容器中充入2molH2(g)2mol I2(g)發(fā)生反應: H2(g)+I2(g)2HI(g)=-26.5kJ/mol,測得各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度與時間變化的關(guān)系如圖所示。

請回答下列問題:

(1)V=__________.

(2)該反應達到最大限度了的時間是____________,該時間內(nèi)平均反應速率v(HI)=________________。

(3)該反應達到平衡狀態(tài)時,__________(吸收放出”)的熱量為__________。

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】氯水中存在多種分子和離子,它們在不同的反應中表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。下列結(jié)論正確的是(

A. 加入有色布條,片刻后有色布條褪色,說明有Cl2存在

B. 溶液呈淺黃綠色,且有刺激性氣味,說明有Cl2存在

C. 先加入鹽酸酸化,再加入AgNO3溶液,生成白色沉淀,說明有Cl存在

D. 加入NaOH溶液,氯水的淺黃綠色消失,說明有HClO存在

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】在下列給定條件的溶液中,一定能大量共存的離子組是

A. 無色溶液:K+ 、Cl- 、 Mg2+、 SO42- 、Ag+

B. 能使pH試紙呈紅色的溶液:Na+、NH4+、I、NO3-

C. Na2CO3溶液:K+、Fe3+、SO42- 、NO3-

D. 常溫下,Kw/c(H+)=0.1 mol/L的溶液:Na、K、SiO32-、NO3-

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】某元素的一種同位素X的原子質(zhì)量數(shù)為A,含N個中子,它與原子組成HmX分子.在a克HmX中所含質(zhì)子的物質(zhì)的量是( )

A. (A-N+m)molB. (A-N)molC. (A-N)molD. (A-N+m)mol

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