【題目】中科院一項(xiàng)最新成果實(shí)現(xiàn)了甲烷高效生產(chǎn)乙烯,甲烷在催化作用下脫氫,在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應(yīng)生成乙烯,其反應(yīng)如下:2CH4(g)C2H4(g)2H2(g) ΔH0

化學(xué)鍵

HH

CH

CC

CC

E(kJ/mol)

a

b

c

d

1)已知相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如上表,甲烷制備乙烯反應(yīng)的ΔH____________ (用含a、b、c、d的代數(shù)式表示)。

2T1溫度時,向1 L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH4 ,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中 015min CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖1,測得1015minH2的濃度為1.6mol/L

010min內(nèi)CH4表示的反應(yīng)速率為__________mol/(L·min)。

②若圖1中曲線a、曲線b分別表示在溫度T1時,使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時,達(dá)到平衡過程中n(CH4)變化曲線,其中表示催化劑表面積較大的曲線是 ________ (填“a”或 b)。

15min時,若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n(CH4)發(fā)生圖1中所示變化,則改變的條件可能是_____________________________________(任答一條即可)。

3)實(shí)驗(yàn)測得vkc2(CH4)vkc(C2H4)·c2(H2)其中k、k為速率常數(shù)僅與溫度有關(guān),T1溫度時kk的比值為______ (填數(shù)值)。若將溫度由T1升高到T2,則反應(yīng)速率增大的倍數(shù)v____v(填“>”“=”或“<),判斷的理由是_________________ 。

4)科研人員設(shè)計了甲烷燃料電池并用于電解。如圖2所示,電解質(zhì)是摻雜了 Y2O3 ZrO2的固體,可在高溫下傳導(dǎo)O2。

C極的Pt______ (填“陽”或“陰” )。

②該電池工作時負(fù)極反應(yīng)方程式為_____________________。

③用該電池電解飽和食鹽水,一段時間后收集到標(biāo)況下氣體總體積為112mL,則陰極區(qū)所得溶液在25℃時pH_______ (假設(shè)電解前后NaCl溶液的體積均為500mL)。

【答案】+(4b-c-2a) kJ/mol 0.16 b 升高溫度或減小壓強(qiáng) 12.8 溫度升高,k增大的倍數(shù)大于k CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 12

【解析】

(1)2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)△H0,反應(yīng)為吸熱反應(yīng),焓變?yōu)檎,反?yīng)焓變H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能;

(2)①根據(jù)v=計算;

②催化劑表面積越大反應(yīng)速率越快;

15min時,若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n(CH4)發(fā)生圖中所示變化,物質(zhì)的量隨時間變化減小,說明平衡正向進(jìn)行;

(3)v=kc2(CH4)v=kc(C2H4)c2(H2)其中k、k為速率常數(shù)僅與溫度有關(guān),溫度不變平衡常數(shù)不變,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,正逆反應(yīng)速率相同得到T1溫度時kk的比值等于K,反應(yīng)為放熱反應(yīng),升溫平衡正向進(jìn)行;

(4)甲烷燃料電池并用于電解,通入甲烷的電極為原電池負(fù)極,通入氧氣的電極為原電池的正極,D電極為陰極,C為陽極,

C電極為電解池的陽極;

②原電池負(fù)極電極反應(yīng)是甲烷失電子生成二氧化碳,傳導(dǎo)離子是氧離子,結(jié)合電荷守恒、原子守恒寫出電極反應(yīng);

③結(jié)合電極反應(yīng)計算溶液中氫離子濃度減少得到增加的氫氧根離子濃度,結(jié)合離子積常數(shù)計算得到氫離子濃度計算溶液PH。

(1)2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)H0,反應(yīng)為吸熱反應(yīng),焓變?yōu)檎,反?yīng)焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=(8b-c-4b-2a)kJ/mol=+(4b-c-2a) kJ/moL

(2)T1溫度時,向1L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH4,僅發(fā)生上述反應(yīng),測得10-15minH2的濃度為1.6mol/L,物質(zhì)的量為1.6mol,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),此時消耗甲烷物質(zhì)的量1.6mol,010min內(nèi)CH4表示的反應(yīng)速率v===0.16mol/(Lmin);

②若圖1中曲線a、曲線b分別表示在溫度T1時,使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時,達(dá)到平衡過程中n (CH4)的變化曲線,催化劑表面積越大反應(yīng)速率越快,達(dá)到平衡所需時間越短,其中表示催化劑表面積較大的曲線是b,故答案為:b

15min時,若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n( CH4)發(fā)生圖中所示變化,物質(zhì)的量隨時間變化減小,說明平衡正向進(jìn)行,反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng),升高溫度或減小壓強(qiáng),平衡正向進(jìn)行,符合圖象變化;

(3)v=kc2(CH4),v=kc(C2H4)c2(H2)其中kk為速率常數(shù)僅與溫度有關(guān),溫度不變平衡常數(shù)不變,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,正逆反應(yīng)速率相同得到,T1溫度時kk的比值=K,測得10-15 minH2的濃度為1.6mol/L,

K==12.8,反應(yīng)為放熱反應(yīng),升溫平衡正向進(jìn)行,正逆反應(yīng)速率增大,正反應(yīng)增大的倍數(shù)大于逆反應(yīng)增大的倍數(shù),vv

(4)①甲烷燃料電池并用于電解,通入甲烷的電極為原電池負(fù)極,通入氧氣的電極為原電池的正極,D電極為陰極,C為陽極;

②原電池負(fù)極電極反應(yīng)是甲烷失電子生成二氧化碳,傳導(dǎo)離子是氧離子,該電池工作時負(fù)極反應(yīng)方程式為:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O;

③用該電池電解飽和食鹽水,一段時間后收集到標(biāo)況下氣體總體積為112 mL,物質(zhì)的量n==0.005mol,為生成的氫氣和氯氣,n(H2)=n(Cl2)=0.0025mol,結(jié)合電極反應(yīng)計算,2H++2e-=H2,溶液中氫離子濃度減少=增加的氫氧根離子濃度=×2=0.01mol/L,結(jié)合離子積常數(shù)計算得到氫離子濃度=mol/L=10-12mol/L,計算溶液pH=12。

練習(xí)冊系列答案
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【題目】下列反應(yīng)的離子方程式書寫正確的是(  )

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(1)裝置采用燒杯和鹽橋,畫出此原電池的裝置圖______________

(2)指出原電池的正極材料和負(fù)極材料并標(biāo)出電子的流向:正極材料_________,負(fù)極材料________ ,電子的流向_________

(3)寫出兩個電極上的電極反應(yīng)并指出現(xiàn)象:負(fù)極反應(yīng) ___________ 、現(xiàn)象___________正極反應(yīng)___________、現(xiàn)象_________________

(4)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2NA時,生成的H2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________________

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【題目】KI用于分析試劑、感光材料制藥和食品添加劑等。

制備原理如下:反應(yīng)① 3I2+6 KOH =a KIO3+5KI+3H2O

反應(yīng)② 3H2S+KIO3=3S↓+KI+3H2O

按照下列實(shí)驗(yàn)過程,請回答有關(guān)問題。

1)啟普發(fā)生器中發(fā)生的化學(xué)方程式為______________________,用該裝置還可以制備___________(填一種氣體化學(xué)式)。

2)關(guān)閉啟普發(fā)生器活塞,打開滴液漏斗的活塞,滴入30%KOH溶液,待觀察到______________________(填現(xiàn)象),停止滴人KOH溶液;然后______________________(填操作),待KIO3混合液和NaOH溶液氣泡速率接近相同時停止通氣。

3)滴人硫酸溶液,并對KI混合液水浴加熱,其目的是______________________。

4)把KI混合液倒入燒杯,加入碳酸鋇,在過濾器中過濾,過濾得到的沉淀中除含有過量碳酸鋇外,還有硫酸鋇和___________,其中加入碳酸鋇的作用是______________________。合并濾液和洗液,蒸發(fā)至析出結(jié)晶,濾出經(jīng)于燥得成品。

5)如果得到3.2g硫單質(zhì),則理論上制得的KI___________g。

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【題目】利用手持技術(shù)探究氫氧化鋁制備實(shí)驗(yàn)電導(dǎo)率(電導(dǎo)率越大表示導(dǎo)電能力越強(qiáng))的變化,濃度均為0.5 mol·L1 的氫氧化鈉和氨水分別滴定0.01 mol·L1硫酸鋁溶液,電導(dǎo)率變化曲線如圖所示,下列說法錯誤的是

A.a(a)點(diǎn)溶液pH7

B.bc段電導(dǎo)率下降是因?yàn)樯闪?/span>Al(OH)3沉淀

C.ab段和bc段使用堿的體積比約為3:1

D.b點(diǎn)溶液:c(H+)2c(SO42)+c(OH)

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下列溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系一定正確的是(  )

A. 圖甲中pH7的溶液:c(Cl)c(HCN)

B. 圖甲中a點(diǎn)的溶液:c(CN)<c(Cl)

C. 圖乙中b點(diǎn)的溶液:c(CN)>c(Cl)>c(HCN)>c(OH)>c(H)

D. 圖乙中c點(diǎn)的溶液:c(Na)c(H)c(HCN)c(OH)2c(CN)

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(1)NO2 溶于水的化學(xué)反應(yīng)方程式:_____。

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