【題目】頁巖氣是從頁巖層中開采出來的一種非常重要的天然氣資源,頁巖氣的主要成分是甲烷,是公認的潔凈能源。
(1)頁巖氣不僅能用作燃料,還可用于生產(chǎn)合成氣(CO+H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應器,發(fā)生反應:CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g) ΔH。
已知:①CH4、H2、CO的燃燒熱分別為a 、b 、c (a、b、c均大于0);
②水的汽化熱為+d (d >0)。則ΔH=__________ (用含a、b、c、d的代數(shù)式表示)。
(2)用合成氣制甲醇的反應為2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH,在10 L的恒容密閉容器中按物質的量之比1∶2充入CO和H2,測得CO的平衡轉化率與溫度和壓強的關系如圖所示。
①ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。
②寫出兩條可同時提高反應速率和CO的轉化率的措施:_______、_____。
③下列說法正確的是___________(填序號)。
A.溫度越高,該反應的平衡常數(shù)越大
B.達平衡后再充入稀有氣體,CO的轉化率提高
C.體系內(nèi)氣體壓強不再變化時,反應達到平衡狀態(tài)
D.圖中壓強p1<p2
④200 ℃時,n(H2)隨時間的變化如表所示,3 min時反應剛好達到平衡狀態(tài),請利用表中的數(shù)據(jù)計算0~3 min內(nèi)v(CH3OH)=_______。
t/min | 0 | 1 | 3 | 5 |
n(H2)/mol | 8.0 | 5.4 | 4.0 | 4.0 |
⑤200℃時該反應的平衡常數(shù)K=____________。向上述200 ℃的平衡體系中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH,保持溫度不變,則平衡_______(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)。
(3)甲、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池。標準狀況下通入5.6 L甲烷時,測得電路中轉移1.96 mol電子,則甲烷的利用率為________。
【答案】(a+3b+cd) < 增大H2濃度 增大壓強 CD 1/15或0.067 6.25 正向移動 98%
【解析】
(1)利用蓋斯定律的計算反應熱時,將各分式與所求總式對比,明確熱化學方程式是否需要反向,是否需要乘以某個數(shù)。
(2)本小問涉及了化學反應速率的計算和影響因素、化學平衡的判定、化學平衡的圖像、化學平衡常數(shù)的計算、濃度商與化學平衡常數(shù)的大小比較判斷反應進行的方向等。綜合度較高。
(3)本小問涉及原電池原理的簡單計算。
(1)據(jù)題意,先寫出相關的熱化學方程式:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-a ①
H2(g)+O2 (g)═H2O (l) ΔH=-b ②
CO(g)+ O2 (g)═CO2 (g) ΔH=-c ③
H2O(l)=H2O(g) ΔH=d ④
根據(jù)蓋斯定律可知,反應總式CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g) 可由前4個分式相加減得到,即①-②×3-③-④,可得CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g) 的ΔH =(a+3b+cd)kJ/mol;
(2)①以圖中的p1線為例(保持壓強不變),則隨著溫度的升高,CO的轉化率降低,說明升溫平衡左移,該反應正向放熱,即ΔH<0;
②先從提高反應速率的常見措施有升高溫度、增大壓強、提高濃度、使用催化劑4個方面考慮。由于催化劑不能使平衡移動,不改變CO的平衡轉化率,所以催化劑不考慮。因為升溫平衡會左移,所以升高溫度不合適。由于該反應是正向氣體分子總數(shù)減小的反應,所以加壓平衡會右移,增大壓強這一措施可行。增大H2的濃度可以提高CO的轉化率。
③A項錯誤,該反應正向是吸熱反應,升高溫度,平衡常數(shù)將減;
B項錯誤,由于題給的是恒容容器,充入稀有氣體,沒有改變平衡體系中各物質的濃度,所以平衡不移動,CO的轉化率不變;
C項正確,該反應是一個正向氣體分子數(shù)減小的反應,在恒容時充入反應物進行反應,壓強是一個變量,當壓強不變時,說明該反應已達平衡;
D項正確,畫一條垂直橫軸的線,保持溫度不變,發(fā)現(xiàn)p2在p1的上方,即p2對應的CO的轉化率高,據(jù)該反應正向氣體分子數(shù)減小的特點,說明相對于p1,p2是加壓使平衡右移,即p2>p1;
所以答案選CD。
④ 投入H28.0mol,平衡時H2為4.0mol,所以H2反應了4.0mol,其濃度改變量為0.4mol/L,用H2表示的化學反應速率為v(H2)=molL-1min-1;據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比可知,用CH3OH表示的化學反應速率為v(CH3OH)=v(H2)= molL-1min-1=molL-1min-1≈0.067 molL-1min-1;
⑤ 2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
初始 8.0 4.0 0
變化 4.0 2.0 2.0
平衡 4.0 2.0 2.0
所以平衡時各物質的濃度分別為:0.4mol/L、0.2mol/L、0.2mol/L,所以200℃時該反應的化學平衡常數(shù)為=6.25;向上述200 ℃的平衡體系再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH,保持溫度不變,此時≈2.78<6.25,所以平衡正向移動;
(3)負極的電極反應式為:CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,所以每反應1molCH4,轉移8mole-,現(xiàn)轉移1.96mol電子,則參加反應的CH4 的物質的量為0.245mol,通入甲烷的物質的量為0.25mol,所以甲烷的利用率為=98%。
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【題目】在密閉容器中發(fā)生下列反應 aA(g)cC(g)+dD(g),反應達到平衡后,將氣體體積壓縮到原來的一半,當再次達到平衡時,D的濃度為原平衡的1.7倍,下列敘述正確的是
A. A的轉化率變小 B. 平衡向正反應方向移動
C. D的物質的量變多 D. a>c+d
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【題目】Ⅰ.⑴指出如下圖實驗裝置中的錯誤之處(加熱裝置中燒杯底部已墊有石棉網(wǎng))
①____________________;
②____________________。
⑵圖是某學生的過濾操作示意圖,其操作不規(guī)范的是______
a.漏斗末端頸尖未緊靠燒杯壁
b.玻璃棒用作引流
c.將濾紙濕潤,使其緊貼漏斗壁
d.濾紙邊緣高出漏斗
e.用玻璃棒在漏斗中輕輕攪動以加快過濾速度
Ⅱ.海藻中提取碘的流程如圖,已知②中發(fā)生反應的化學方程式為:Cl2+2KI=2KCl+I2。請回答下列問題:
⑴指出提取碘的過程中有關實驗操作①和②的名稱:__________;________。
⑵在3 mL含碘的水溶液中加入1mL四氯化碳,振蕩靜置后觀察到試管里的分層現(xiàn)象是上圖中的_____(注:試管中深色區(qū)為有色溶液),上層無色溶液的溶質是_____下層顏色是_____。
⑶從含碘的有機溶液中提取碘和回收有機溶劑,還需經(jīng)過的操作是_______。
Ⅲ.某溶液中含有MgSO4和Na2SO4兩種溶質,選擇適當試劑將溶液中的鎂離子轉化為沉淀或固體分離出來,設計實驗流程如下:
欲證明濾液中存在SO42-、OH-,選用的方案是先取少量的濾液滴加________,發(fā)現(xiàn)溶液變紅,再向其中加入________溶液,出現(xiàn)白色沉淀,則可證明SO42-、OH-,均存在。
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【題目】銅是人類最早發(fā)現(xiàn)并廣泛使用的一種金屬。向硫酸銅溶液中逐滴滴加稀氨水,產(chǎn)生藍色沉淀:繼續(xù)滴加稀氨水,沉淀溶解,溶液最終變?yōu)樯钏{色:再向深藍色溶液中加入無水乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O。回答下列問題:
(1)基態(tài)Cu原子中,電子在核外排布的原子軌道共有________個。
(2)N、O、S元素的原子對鍵合電子吸引力最大的是_________。
(3)[Cu(NH3)4]2+中,提供孤對電子的是________。Cu(NH3)2Cl2有兩種同分異構體,其中一種可溶于水,則此種化合物是________(填“極性”或“非極性”)分子,由此推知[Cu(NH3)4]2+的空間構型是________。
(4)NH3中N原子的雜化方式是_________,乙醇分子中采用同樣雜化方式的原子有_________________個。
(5)硫元素對應的含氧酸酸性是H2SO4強于H2SO3,其原因為_________。
(6)銅的一種氧化物晶體結構如圖所示,該氧化物的化學式是________。若該晶體結構為長方體,其參數(shù)如圖,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則該氧化物的密度為_________g·cm-3。
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【題目】在一定溫度下,將氣體X和氣體Y各0.16 mol充入10 L恒容密閉容器中,發(fā)生反應X(g)+Y(g) 2Z(g) △H < 0,一段時間后達到平衡,反應過程中測定的數(shù)據(jù)如下表:
t/min | 2 | 4 | 7 | 9 |
n(Y)/mol | 0.12 | 0.11 | 0.10 | 0.10 |
下列說法正確的是
A. 反應前2 min的平均速率ν(Z)=2.0×10-3 mol·L-1·min-1
B. 其他條件不變,降低溫度,反應達到新平衡前ν(逆)> ν(正)
C. 該溫度下此反應的平衡常數(shù)K=1.44
D. 其他條件不變,再充入0.2 molZ,平衡時X的體積分數(shù)增大
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【題目】將5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液和5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液混合,達到平衡后呈紅色。再將混合液分為5份,分別進行如下實驗:
下列說法不正確的是
A. 對比實驗①和②,為了證明增加反應物濃度,平衡發(fā)生正向移動
B. 對比實驗①和③,為了證明增加反應物濃度,平衡發(fā)生逆向移動
C. 對比實驗①和④,為了證明增加反應物濃度,平衡發(fā)生正向移動
D. 對比實驗①和⑤,為了證明減少反應物濃度,平衡發(fā)生逆向移動
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【題目】A、B、C、D、E五種短周期元素,原子序數(shù)依次增大,A、E同主族,A元素的原子半徑最小,B元素原子的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍,C元素的最高價氧化物對應的水化物X與其氫化物反應生成一種鹽Y,A、B、C、E四種元素都能與D元素形成原子個數(shù)比不相同的常見化合物,E2D2可用于呼吸面具或潛水艇中氧氣的來源。請根據(jù)以上信息回答下列問題:
(1)BD2的電子式為_______________________。
(2)EAB2D4水溶液顯酸性的原因是____________________________________。
(3)將等濃度等體積的EBC溶液和ABC溶液混合,所得混合溶液(呈堿性)中各微粒(水分子除外)濃度由大到小的順序為_________________________________________。
(4)A、B、D、E四種元素組成的某無機化合物,受熱易分解。寫出該化合物的溶液與足量的Ba(OH)2溶液反應的離子方程式__________________________________。
(5)常溫下,測得X和Y的水溶液的pH均為5,則兩種水溶液中由水電離出的H+濃度之比是_________。
(6)在一個裝有可移動活塞的密閉容器中進行如下可逆反應:C2(g)+3A2(g)2CA3(g)△H=-92.4 kJ/mol。反應達到平衡后,測得容器中各物質的物質的量分別為C2:0.5 mol、A2:0.2 mol、CA3:0.2 mol,此時容器體積為1.0 L。如果保持溫度和壓強不變,向上述平衡體系中加入0.18 molC2,平衡將______移動(填“正向”、“逆向”或“不”)。
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【題目】下列解釋相關的離子方程式錯誤的是
A. H2S溶于水:H2S+H2OHS-+H3O+
B. 向Na2S2O3溶液中加入稀硫酸:S2O3-+2H+=S↓+SO2↑+H2O
C. NH4Cl溶液呈酸性:NH4++H2O=NH3·H2O+H+
D. K2Cr2O7溶于水:Cr2O7-+H2O2CrO42-+2H+
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【題目】某溫度下,某反應達平衡時平衡常數(shù)K=c(C)·c(D)/c(A)·c(B)。恒容時,溫度升高,C的物質的量濃度減小。下列說法正確的是( )
A. 該反應的焓變ΔH>0
B. 恒溫恒容時,增大體系壓強,c(D)一定增大
C. 升高溫度,逆反應速率減小
D. 該反應的化學方程式可能為A(g)+B(g)C(g)+D(g)
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