【題目】CO2和CH4是兩種主要的溫室氣體。以CH4和CO2為原料制造更高價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品是用來緩解溫室效應(yīng)的研究方向,回答下列問題。
(1)研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發(fā)生反應(yīng)生成CH3OH。
已知:①CH3OH(g) + 3/2 O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) H1= a kJ/mol②H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) H2= b kJ/mol ③H2O(g) = H2O(l) H3= c kJ/mol,則CO2和H2反應(yīng)生成CH3OH和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為_____。
(2)用Cu2Al2O4作催化劑制備乙酸。已知:CO2(g)+CH4(g) CH3COOH(g) H2=akJ/mol。
①各物質(zhì)相對(duì)能量大小如圖所示,則a=___。
②該反應(yīng)的速率方程可表示為:v(正)=k正c(CO2)c(CH4)和v(逆)=k逆c(CH3COOH),k正和k逆在一定溫度時(shí)為常數(shù),分別稱作正,逆反應(yīng)速率常數(shù),請(qǐng)寫出用k正,k逆表示的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=___。
(3)將CO2和CH4在一定條件下反應(yīng)可制得工業(yè)合成氣,在1 L 密閉容器中通入CH4與CO2,使其物質(zhì)的量濃度為1.0 mol/L,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g),測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示:
則:
①壓強(qiáng)P1,P2,P3,P4由大到小的關(guān)系為___。
②對(duì)于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作Kp),如果P4=2 MPa,求x點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp=_____(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
③下列措施中能使平衡體系中c(CO)/c(CO2)減小的是__。
A.升高溫度 B.增大壓強(qiáng)
C.保持溫度、壓強(qiáng)不變,充入He D.恒溫、恒容,再充入1 mol CO2和1 mol CH4
(4)科學(xué)家還研究了其他轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法,利用下圖所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO(電解質(zhì)溶液為稀硫酸),該裝置工作時(shí),N___極的電極反應(yīng)式為______,若導(dǎo)線中通過電子為a mol,則M極電解質(zhì)溶液中H+改變量為___mol,N極電解質(zhì)溶液m=__g。
【答案】CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) H=(3b-a-c)kJ/mol E2-E1 P4>P3>P2>P1 (MPa)2 BD 正 CO2+2H++2e-=CO+H2O 0 9a
【解析】
(1)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行分析;
(2)①根據(jù)圖示可知,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),H2=生成物總能量-反應(yīng)物總能量;
②CO2(g)+CH4(g) CH3COOH(g),平衡常數(shù)的表達(dá)式K=c(CH3COOH)/c(CH4)c(CO2);反應(yīng)達(dá)到平衡后,v(正)= v(逆),據(jù)此可以求出K。
(3) ①該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低,據(jù)此分析壓強(qiáng)的大;
②對(duì)于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)P(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作KP),則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式;結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算;
③從圖示可知,溫度升高,甲烷的轉(zhuǎn)化率增大,所以CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g),反應(yīng)為吸熱反應(yīng);根據(jù)平衡移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析;
(4)根據(jù)裝置中電子流向知,M是負(fù)極,N是正極;正極反應(yīng)式為:CO2+2H++2e-=CO+H2O;M電極反應(yīng)為:2H2O-4e-=O2+4H+,總反應(yīng)式為:2CO2= 2CO+ O2;根據(jù)導(dǎo)線中通過電子為a mol,分析M極電解質(zhì)溶液中H+改變量、N極電解質(zhì)溶液m。
(1)已知①CH3OH(g) + 3/2 O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) H1= a kJ/mol;②H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) H2= b kJ/mol ;③H2O(g) = H2O(l) H3= c kJ/mol,根據(jù)蓋斯定律知, ②×3-①-③得:CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) H=(3b-a-c)kJ/mol;
故答案是: CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) H=(3b-a-c)kJ/mol;
(2)①根據(jù)圖示可知,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),H2=生成物總能量-反應(yīng)物總能量 = E2-E1=a kJ/mol;
故答案是:E2-E1;
②CO2(g)+CH4(g) CH3COOH(g),平衡常數(shù)的表達(dá)式K=c(CH3COOH)/c(CH4)c(CO2);反應(yīng)達(dá)到平衡后,v(正)= v(逆),所以k正c(CO2)c(CH4)= k逆c(CH3COOH),因此= c(CH3COOH)/c(CH4)c(CO2)= K;
故答案是:;
(3) ①由圖可以知道,溫度一定時(shí),甲烷的轉(zhuǎn)化率α(P1)> α(P2)> α(P3) >α(P4),該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低,故壓強(qiáng)P4>P3>P2>P1;
故答案是: P4>P3>P2>P1;
②對(duì)于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)P(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作KP),則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式;結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算,設(shè)體積為1L,a點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)化率為50%;
CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g)
起始量(mol) 1 1 0 0
變化量(mol) 0.5 0.5 1 1
平衡量(mol) 0.5 0.5 1 1
平衡氣體總物質(zhì)的量=3mol,如果P4=2 MPa,用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),則a點(diǎn)的平衡常數(shù)KP=[(2×1/3)2×(2×1/3)2]÷(2×0.5/3)2=(MPa)2 ;
故答案是: (MPa)2 ;
③從圖示可知,溫度升高,甲烷的轉(zhuǎn)化率增大,所以CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g),反應(yīng)為吸熱反應(yīng);
A.升高溫度,平衡右移,c(CO2)減小,c(CO)增大,所以c(CO)/c(CO2)增大,故A錯(cuò)誤;
B.該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,c(CO2)增大,c(CO)減小,所以c(CO)/c(CO2)減小,故B正確;
C.保持溫度、壓強(qiáng)不變,充入He,氣體體積增大,平衡向右移動(dòng),c(CO2)減小,c(CO)增大,所以c(CO)/c(CO2)增大,故C錯(cuò)誤;
D.恒溫、恒容,再充入1 mol CO2和1 mol CH4,與原平衡相比等效于加壓過程,平衡左移,c(CO2)增大,c(CO)減小,所以c(CO)/c(CO2)減小,故D正確;
故答案是:BD。
(4)該裝置中,根據(jù)電子流向知,M是負(fù)極,N是正極;正極發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)式為:CO2+2H++2e-=CO+H2O;M電極反應(yīng)為:2H2O-4e-=O2+4H+,總反應(yīng)式為:2CO2= 2CO+ O2;故導(dǎo)線中通過電子為a mol,則M極電解質(zhì)溶液中H+改變量為amol;根據(jù)CO2+2H++2e-=CO+H2O反應(yīng)可知,導(dǎo)線中通過電子為a mol時(shí), N極電解質(zhì)溶液增加量為m=(22a+a)-14a=9ag;
故答案是:正;CO2+2H++2e-=CO+H2O;0;9a。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】實(shí)驗(yàn)室需要95 mL l.0 mol/L稀硫酸,現(xiàn)用98%的濃硫酸(其密度為1.84 g.mL-l)來配制。
(1)實(shí)驗(yàn)需要的玻璃儀器有50 mL燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、____、____。
(2)玻璃棒的作用為____,膠頭滴管的作用為________,
(3)配制過程中,下列情況會(huì)使配制結(jié)果偏低的是(填序號(hào))____。
A.將稀釋的硫酸液轉(zhuǎn)移至容量瓶后,洗滌燒杯和玻璃棒2-3次。
B.將燒杯內(nèi)的稀硫酸向容量瓶中轉(zhuǎn)移時(shí),因操作不當(dāng)使部分稀硫酸濺出瓶外。
C.容量瓶使用時(shí)未干燥。
D.用膠頭滴管加水時(shí),仰視觀察溶液凹液面與容量瓶刻度相切。
E.未冷卻至室溫就定容。
F.定容后經(jīng)振蕩、搖勻、靜置,發(fā)現(xiàn)液面低于刻度線,再加蒸餾水補(bǔ)至刻度線。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】將3.72g金屬鈉、氧化鈉和過氧化鈉的混合物與足量水反應(yīng),在標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到672mL混合氣體,將混合氣體電火花點(diǎn)燃,恰好完全反應(yīng),則原混合物中鈉、氧化鈉、過氧化鈉的物質(zhì)的量之比為( )
A. 3:2:1 B. 4:2:1 C. 2:1:1 D. 1:1:1
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】若含有1 mol鐵離子和1 mol鋁離子的混合溶液,現(xiàn)按下圖橫坐標(biāo)依次加入8 mol 氫氧化鈉溶液、1 mol鹽酸,通入1 mol 二氧化碳?xì)怏w,縱坐標(biāo)為混合沉淀的物質(zhì)的量。
(1)請(qǐng)畫出沉淀的量隨反應(yīng)的變化曲線______________。
(2)并寫出加入氫氧化鈉6 mol及其后發(fā)生的各步反應(yīng)的離子方程式______________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】在容積不變的密閉容器中存在如下平衡:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H= QkJ/mol(Q>0),某研究小組研究了其他條件不變時(shí),改變某一條件對(duì)上述平衡的影響,下列分析正確的是
A. 圖I研究的是t0時(shí)刻增大O2的濃度對(duì)平衡的影響
B. 圖II研究的是t0時(shí)刻加入催化劑后對(duì)反應(yīng)速率和平衡的影響
C. 圖III研究的是催化劑對(duì)平衡的影響,且甲的催化效率比乙高
D. 圖III研究的是溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響,且乙的溫度較低
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】I.由三種元素組成的化合物A,式量在200- -300之間。在一 定條件下A能發(fā)生如下圖的轉(zhuǎn)化,其中B的焰色反應(yīng)為紫色(透過藍(lán)色鈷玻璃),C是不溶于酸的白色沉淀。
請(qǐng)回答∶
(1) C的化學(xué)式是______,組成A的三種元素是________。
(2) A加熱分解的化學(xué)方程式是_____。
(3) E可以和SCl2反應(yīng)生成一種常用于有機(jī)合成的物質(zhì)SOCl2和另一種常見氣體,反應(yīng)的化學(xué)方程式是________。
II.實(shí)驗(yàn)室測(cè)定某鐵鋁合金中的鋁含量,利用如圖裝置和試劑完成。
請(qǐng)回答∶
(1)下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是_______。
A.由于恒壓分液漏斗的存在,該裝置不能進(jìn)行氣密性檢查
B.讀數(shù)前需將量氣管C上下移動(dòng)使B、C中的液面相平
C.反應(yīng)完成后生成的氫氣都要轉(zhuǎn)移至裝置B中
D.需要控制NaOH的量以防止產(chǎn)生氣體過多超過量氣裝置的量程
(2)若將恒壓分液漏斗(A) 去掉導(dǎo)管a,改成普通分液漏斗,則測(cè)得鐵鋁合金中的鋁含量______,(填“偏大”、“偏小”或“不變”),請(qǐng)說明理由_____。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列敘述正確的是
A.14gCO、N2混合氣體中共含有7NA個(gè)電子
B.常溫下,0.1mol環(huán)氧乙烷()共有0.3NA個(gè)共價(jià)鍵
C.在含CO總數(shù)為NA的Na2CO3溶液中,Na+總數(shù)為2NA
D.氫氧燃料電池正極消耗22.4L氣體時(shí),負(fù)極消耗的氣體分子數(shù)目為2NA
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】稀土鈰(Ce)元素主要存在于獨(dú)居石中,金屬鈰化學(xué)性質(zhì)十分活潑。近年來發(fā)現(xiàn)用鈰(Ce)的氧化物可高效制取H2,制備原理如圖所示,已知0<<2,下列說法不正確的是
A.CeO2是水分解的催化劑
B.T<1050℃時(shí),CeO2比CeO2—δ穩(wěn)定
C.工業(yè)上可用電解CeCl4溶液制備Ce
D.過程②的方程式為CeO 2—δ+δH2OCeO2+δH2
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列有關(guān)化學(xué)合物(F)的合成路線如下:
已知:+R″-CHO
回答下列問題:
(1)化合物D官能團(tuán)的名稱是_________________。
(2)反應(yīng)⑸的反應(yīng)類型是____________。
(3)化合物A的鍵線式是____________。
(4)化合物B與新制的Cu(OH)2懸濁液反應(yīng)的化學(xué)方程:____________。
(5)碳原子上連有4個(gè)不同的原子或原子團(tuán),該碳稱為手性碳,則化合物C的手性碳原子數(shù)有____個(gè)。
(6)芳香化合物G是化合物E的同分異構(gòu)體,且G滿足以下兩個(gè)條件:
①1molG與足量金屬鉀反應(yīng),在標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出22.4LH2;
②有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子且它們的原子個(gè)數(shù)比為6:2:1。
則G可能的結(jié)構(gòu)簡式____________。
⑺設(shè)計(jì)由制備的合成路線________。
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