2.CO2和CH4是兩種重要的溫室氣體,通過(guò)CH4和CO2反應(yīng)制造更高價(jià)值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo).
(1)250℃時(shí),以鎳合金為催化劑,向4L容器中通入6mol CO2、6mol CH4,發(fā)生如下反應(yīng):
CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g).平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表:
物質(zhì)CH4CO2COH2
體積分?jǐn)?shù)0.10.10.40.4
①t min內(nèi)CO2的平均反應(yīng)速率為$\frac{1}{t}$mol•L-1•min-1.此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64
②已知:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-802.3kJ•mol-1
CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H=-41.2kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g) 的△H=+247.3kJ•mol-1
(2)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4(難溶于水)為催化劑,可以將CO2和CH4直接氧化成乙酸.
①不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示.250~300℃時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因溫度超過(guò)250℃時(shí),催化劑的催化效率降低.
②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率,可以采取的措施是增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度等.(答一條即可)
③將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的離子方程式為3 Cu2Al2O4+32 H++2 NO3-=6 Cu2++6 Al3++2 NO↑+16 H2O.

分析 (1)向4L容器中通入6mol CO2、6mol CH4,設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的二氧化碳為xmol,則:
           CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)
起始量(mol):6       6          0      0
變化量(mol):x       x          2x      2x
平衡量(mol):6-x     6-x        2x      2x
平衡時(shí)二氧化碳、CO的體積分?jǐn)?shù)分別為0.1、0.4,則2x=4×(6-x),解得x=4,
①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v(CO2);平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{O}_{2})×c(C{H}_{4})}$;
②已知:Ⅰ.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-802.3kJ•mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H=-41.2kJ•mol-1
Ⅲ.2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
根據(jù)蓋斯定律,Ⅰ+Ⅱ×2-Ⅲ×2可得:CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g),焓變也進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算;
(2)發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+CH4(g)$\stackrel{催化劑}{→}$CH3COOH(g),
①催化劑活性受溫度影響,溫度超過(guò)250℃時(shí),催化劑的催化效率降低;
②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率,可以增大壓強(qiáng)或增大二氧化碳濃度、將生成乙酸移走等;
③將Cu2Al2O4中Cu為+1甲,溶解在稀硝酸中生成硝酸銅、硝酸鋁、NO與水.

解答 解:(1)向4L容器中通入6mol CO2、6mol CH4,設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的二氧化碳為xmol,則:
           CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)
起始量(mol):6       6         0       0
變化量(mol):x       x         2x      2x
平衡量(mol):6-x     6-x       2x      2x
平衡時(shí)二氧化碳、CO的體積分?jǐn)?shù)分別為0.1、0.4,則2x=4×(6-x),解得x=4,
①v(CO2)=$\frac{\frac{4mol}{4L}}{tmin}$=$\frac{1}{t}$mol/(L.min);平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{O}_{2})×c(C{H}_{4})}$=$\frac{(\frac{8}{4})^{2}×(\frac{8}{4})^{2}}{\frac{2}{4}×\frac{2}{4}}$=64,
故答案為:$\frac{1}{t}$mol/(L.min);64;
②已知:Ⅰ.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-802.3kJ•mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H=-41.2kJ•mol-1
Ⅲ.2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
根據(jù)蓋斯定律,Ⅰ+Ⅱ×2-Ⅲ×2可得:CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g),則△H=-802.3kJ•mol-1+2×(-41.2kJ•mol-1)-2×(-566.0kJ•mol-1)=+247.3 kJ•mol-1,
故答案為+247.3;
(2)發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+CH4(g)$\stackrel{催化劑}{→}$CH3COOH(g),
①催化劑活性受溫度影響,溫度超過(guò)250℃時(shí),催化劑的催化效率降低,乙酸的生成速率降低,
故答案為:溫度超過(guò)250℃時(shí),催化劑的催化效率降低;
②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率,可以增大壓強(qiáng)或增大二氧化碳濃度、將生成乙酸移走等,
故答案為:增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度等;
③將Cu2Al2O4中Cu為+1甲,溶解在稀硝酸中生成硝酸銅、硝酸鋁、NO與水,反應(yīng)離子方程式為:3 Cu2Al2O4+32 H++2 NO3-=6 Cu2++6 Al3++2 NO↑+16 H2O,
故答案為:3 Cu2Al2O4+32 H++2 NO3-=6 Cu2++6 Al3++2 NO↑+16 H2O.

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)熱計(jì)算、反應(yīng)速率影響條件、化學(xué)方程式書寫等,側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用,難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

4.人早晨不吃早餐,血糖會(huì)降低.一個(gè)人早晨吃了一個(gè)饅頭,現(xiàn)從此人的消化道中取一些液體.
(1)對(duì)液體進(jìn)行一些處理后,加入銀氨溶液,在合適的條件下,產(chǎn)生了銀鏡現(xiàn)象,能否說(shuō)明淀粉已完全水解?為什么?產(chǎn)生銀鏡反應(yīng)只能說(shuō)明淀粉產(chǎn)生了水解,但不能說(shuō)明已水解完全,如果再加碘水溶液不變藍(lán),則可以說(shuō)明淀粉已水解完全
(2)如果反應(yīng)需要1mol銀氨離子,則反應(yīng)消耗了0.5mol葡萄糖.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:多選題

5.下列關(guān)于12C和13C微粒的說(shuō)法中正確的是( 。
A.它們是同種元素B.它們的化學(xué)性質(zhì)不同
C.它們是同位素關(guān)系D.它們是同種原子

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:填空題

10.實(shí)驗(yàn)室制備溴苯可用如圖所示裝置

填空:
(1)關(guān)閉G夾,打開(kāi)C夾,向裝有少量苯的三頸燒瓶的A口加少量溴,再加入少量鐵屑,塞住A口,三頸燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe+3Br2=2FeBr3
(2)D、E試管內(nèi)出現(xiàn)的現(xiàn)象依次為管石蕊試液變紅、管出現(xiàn)淺黃色沉淀.
(3)F裝置的作用是吸收排出的溴化氫氣體,防止污染空氣,同時(shí)能防止倒吸.
(4)待三頸燒瓶中的反應(yīng)進(jìn)行到仍有氣泡冒出時(shí)松開(kāi)G夾,關(guān)閉C夾,可以看到的現(xiàn)象是水倒流進(jìn)三口燒瓶,A中液體出現(xiàn)分層.
(5)反應(yīng)結(jié)束后,拆開(kāi)裝置,從A口加入適量的NaOH溶液,目的是除去多余的溴和溴化氫,然后將液體倒入分液漏斗(填儀器名稱)中,振蕩?kù)o置,從該儀器口下(填“上”或“下”)將溴苯放出.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

17.在4L體積不變的密閉容器中充入6molA氣體和5molB氣體,發(fā)生反應(yīng):3A (g)+B (g)?2C (g)+x D (g),2分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡,生成了2molC,經(jīng)測(cè)定D的濃度為0.25mol/L,求:
(1)x的值.
(2)2分鐘時(shí)用A物質(zhì)表示的反應(yīng)速率
(3)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)B的轉(zhuǎn)化率.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

7.某固定容積的2L密閉容器中進(jìn)行 N2+3H2?2NH3,起始加入的N2、H2、NH3均為2mol,5min后H2的物質(zhì)的量為0.5mol,求:
(1)這5min內(nèi)用N2來(lái)表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程,下同)
(2)求5min后NH3的物質(zhì)的量濃度;
(3)5min后容器中氣體的總物質(zhì)的量相比起始的氣體的總物質(zhì)的量變化了多少?

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

14.在實(shí)驗(yàn)室中,可利用碳酸氫鈉、氯化鈉、氯化銨等物質(zhì)溶解度的差異,通過(guò)飽和食鹽水、氨和二氧化碳反應(yīng),獲得碳酸氫鈉晶體,反應(yīng)原理可用如下化學(xué)方程式表示:NH3+CO2+NaCl+H2O═NH4Cl+NaHCO3↓,依據(jù)此原理,欲制得碳酸鈉晶體,某校學(xué)生設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置,其中B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨和氯化鈉的溶液,且二者均已達(dá)到飽和:

(1)A裝置中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為:CaCO3+2H+=Ca2++CO2+H2O.C裝置中稀硫酸的作用為:吸收從B裝置中的試管內(nèi)逸出的氨氣,減少對(duì)環(huán)境的污染.
(2)下表中所列出的是相關(guān)物質(zhì)在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)(g/100g水)
0℃10℃20℃30℃40℃50℃
NaCl35.735.836.036.336.637.0
NaHCO36.98.19.611.112.714.5
NH4Cl29.433.337.241.445.850.4
參照表中數(shù)據(jù),請(qǐng)分析B裝置中使用冰水是因?yàn)闇囟仍降停妓釟溻c的溶解度越小,便于析出.
(3)該校學(xué)生在檢查完此套裝置氣密性后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果沒(méi)有得到碳酸氫鈉晶體,指導(dǎo)教師指出應(yīng)在A與B裝置之間(填寫字母)連接一個(gè)盛有飽和NaHCO3溶液 的洗氣裝置,其作用是除去CO2中混合的HCl氣體.
(4)若該校學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),所用飽和食鹽水中含NaCl的質(zhì)量為5.85g,實(shí)驗(yàn)后得到干燥的NaHCO3晶體的質(zhì)量為5.04g,則NaHCO3的產(chǎn)率為60%.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

11.下列有關(guān)化學(xué)用語(yǔ)表示正確的是( 。
A.HClO的結(jié)構(gòu)式:H-O-Cl
B.質(zhì)子數(shù)為92、中子數(shù)為146的U原子:${\;}_{92}^{146}$U
C.CH2F2的電子式:
D.Cl-的結(jié)構(gòu)示意圖:

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

12.關(guān)于強(qiáng)、弱電解質(zhì)的敘述不正確的是(  )
A.強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中完全電離,其水溶液中不存在分子
B.同一弱電解質(zhì)溶液,溫度不同時(shí),導(dǎo)電能力不同
C.強(qiáng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力不一定比弱電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力強(qiáng)
D.強(qiáng)電解質(zhì)在液態(tài)時(shí)不一定會(huì)導(dǎo)電,但在固態(tài)時(shí)一定不導(dǎo)電

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