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10.天然气的主要成分是甲烷,甲烷开发利用的前景非常广阔.
(1)已知利用甲烷可催化还原雾霾的形成的元凶NOx
CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ/mol
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1
(2)CO2可转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)
①在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3 mol H2进行上述反应.测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示.回答:0~10min内,氢气的平均反应速率为0.225mol/(L•min).
②若反应在容积可变的容器中进行.缩小容器体积使压强增大,平衡向正反应方向移动(填“正”或“逆”),平衡常数K值不变(填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)图2是一个以甲烷燃料电池为电源的电化学示意图,回答下列问题:

①甲装置中通入CH4 的电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O,
②乙装置中总反应的离子方程式为4Ag++2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag+O2↑+4H+
③一段时间,当丙池中D电极产生56mLH2(标准状况下)气体时,均匀搅拌丙池,所得溶液在25℃时的pH=12.(已知:NaCl溶液足量,电解后溶液体积为500mL且假设两极产生的气体全部逸出).
(4)已知甲池反应反应进行到一定程度后可获得K2CO3溶液.
①用离子方程式解释溶液呈现酸碱性的原因:CO32-+H2O?HCO3-+OH-
②若将等浓度的K2CO3 和KHCO3溶液等体积混合,则离子浓度由大到小的顺序为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+).
③常温常压下,若将CO2溶于水,达到平衡时.溶液的pH=5.60,c(H2CO3)=1.5×10-5mol/L.若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,则H2CO3的电离平衡常数K1=4.2×10-7(已知:10-5.6=2.5×10-6).

分析 (1)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到;
(2)①先根据图表,利用v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CO2),再利用各物质的反应速率之比等于计量数之比,确定v(H2);
②缩小容器体积使压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动;平衡常数K仅与温度有关;
(3)①甲池为甲烷形成的燃料电池,CH4在负极上失电子,碱性条件下生成碳酸根;
②乙装置中B(Ag)的电极为阴极为阳离子得电子,A电极为阳极为阴离子失电子发生氧化反应,据此书写总反应;
③电解氯化钠溶液时,阴极上氢离子放电,阳极上氯离子放电,根据氯气和氢氧化钠的关系式计算氢氧化钠的物质的量浓度,从而得出溶液的pH;
(4)①K2CO3溶液发生水解反应溶液呈碱性;
②若将等浓度的K2CO3 和KHCO3溶液等体积混合,CO32-水解大于HCO3-离子的水解,溶液呈碱性,以此判断离子浓度大小;
③根据平衡常数K=$\frac{c(HCO{\;}_{3}{\;}^{-})c(H{\;}^{+})}{c(H{\;}_{2}CO{\;}_{3})}$计算.

解答 解:(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
由盖斯定律(①+②)×$\frac{1}{2}$得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1
(2)①由图可知,10min时,反应已经达平衡,△c(CO2)=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L,所以10min内,v(CO2)=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/(L•min),反应速率之比等于计量数之比,故v(H2)=3v(CO2)=3×0.075mol/(L•min)=0.225mol/(L•min),故答案为:0.225mol/(L•min);
②缩小容器体积使压强增大,平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动;因为平衡常数K仅与温度有关,所以温度没变,K不变,故答案为:正;不变;
(3)①甲池中一极通入甲烷,另一极通入氧气,所以甲池为甲烷形成的燃料电池,通入甲烷的一极为负极,碱性条件下生成碳酸根,所以甲装置中通入CH4的电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O,故答案为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
②乙装置中B(Ag)的电极为阴极为阳离子得电子,A电极为阳极为阴离子失电子发生氧化反应,总反应为电解硝酸银溶液,离子方程式为:4Ag++2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag+O2↑+4H+;故答案为:4Ag++2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag+O2↑+4H+
(3)设电解后氢氧化钠的物质的量浓度是xmol/L,丙池中产生112mL,则氢气的体积与氯气的体积相同均为56ml,
2NaCl+2H2O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2NaOH,
22.4L 2mol
0.056L 0.5xmol
则x=$\frac{2mol×0.056L}{22.4L×0.5mol}$=0.01mol/L
则C(H+)=10-12 mol/L,所以溶液的pH=12,
故答案为:12;
(4)①K2CO3溶液发生水解反应溶液呈碱性,方程式为:CO32-+H2O?HCO3-+OH-;故答案为:CO32-+H2O?HCO3-+OH-
②若将等浓度的K2CO3 和KHCO3溶液等体积混合,CO32-水解大于HCO3-离子的水解,溶液呈碱性,则
c(OH-)>c(H+),两种盐水解程度较小,则c(CO32-)>c(OH-),故为c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
③根据平衡常数K=$\frac{c(HCO{\;}_{3}{\;}^{-})c(H{\;}^{+})}{c(H{\;}_{2}CO{\;}_{3})}$=$\frac{10{\;}^{-5.6}×10{\;}^{-5.6}}{1.5×10{\;}^{-5}}$=4.2×10-7,故答案为:4.2×10-7

点评 本题考查较为全面,涉及热化学方程式的计算、电化学知识等知识,为高考高频考点,掌握反应热计算的方法、电化学原理尤为重要,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.下列式子是表示氨水中可能存在氢键:①O-H…N ②O-H…O ③N-H…N ④N-H…O.其中正确的是(  )
A.①②③④B.②③④C.①③D.②④

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.下列判断正确的是(  )
①任何物质在水中都有一定的溶解度 
②浊液用过滤的方法分离
③分散系一定是混合物
④丁达尔效应、布朗运动、渗析都是胶体的物理性质
⑤同一种溶质的饱和溶液要比不饱和溶液浓些
⑥布朗运动不是胶体所特有的运动方式
⑦任何溶胶加入可溶性电解质后都能使胶粒发生聚沉
⑧相同条件下,相同溶质的溶液,饱和溶液要比不饱和溶液浓些.
A.③⑥⑧B.②④⑥⑧⑦C.①②③④⑤D.全部不正确

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

18.具有以下结构的原子,一定属于主族元素的是(  )
A.最外层有3个未成对电子的原子B.最外层电子排布为ns2的原子
C.次外层无未成对电子的原子D.最外层有8个电子的原子

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.下列常数表达式不正确的是(  )
A.ClO -水解平衡常数表达式为Kh=$\frac{c(HClO)•c(O{H}^{-})}{c(Cl{O}^{-})}$
B.NH3•H2O的电离平衡常数表达式为Kb=$\frac{c(N{H}_{4}^{+})•c(O{H}^{-})}{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}$
C.PbI2溶度积常数表达式为Ksp=c(Pb2+)•c2(I-
D.SO2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?SO3(g)的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}(S{O}_{3})}{{c}^{2}(S{O}_{2})•c({O}_{2})}$

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

15.现有反应:A.CaCO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO2
B.Zn+H2SO4═ZnSO4+H2
C.C+CO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO
D.2KOH+H2SO4═K2SO4+2H2O
(1)上述四个反应中属于氧化还原反应且反应过程中能量变化符合如图1的是C(填反应序号).
(2)在常温下,上述四个反应中可用于设计原电池的是B(填反应序号),根据该原电池回答下列问题:
①负极材料是锌,负极发生氧化(填“氧化”或“还原”)反应;正极反应式为2H++2e-=H2↑.
②当导线中有1mol电子通过时,理论上发生的变化是bc填序号).
a.溶液增重32.5g b.溶液增重31.5g c.析出1g H2  d.析出11.2LH2
(3)对于反应B,将足量且等量的形状相同的锌块分别加入到等浓度等体积的两份稀硫酸X、Y中,同时向X中加入少量饱和CuS04溶液,发生反应生成氢气的体积(V)与时间(t)的关系如图2所示.
①m曲线表示锌与稀硫酸X(填“X”或“Y”)反应.
②锌分别与稀硫酸X、Y反应时,反应速率不同
的原因是c(填序号).
a.CuS04作催化剂
b.加入硫酸铜溶液增大了c(SO42-
c.Zn首先与Cu2+反应,生成的Cu与Zn、稀硫酸构成原电池
d.加入硫酸铜溶液增大了溶液体积.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.我国科学家研制出一种催化剂,能在室温下高效催化空气中甲醛的氧化,其反应如下:HCHO+O2 $\stackrel{催化剂}{→}$CO2+H2O.下列有关说法正确的是(  )
A.该反应为吸热反应
B.CO2分子是由极性键形成的极性分子
C.HCHO分子中既含σ键又含π键
D.每生成1.8gH2O消耗2.24L O2

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

19.在金刚石、CS2、N2、C2H4、H2O2、金属Fe 等六种晶体中:
(1)以非极性键结合的非极性分子是N2
(2)通过非极性键形成的原子晶体是金刚石.
(3)含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是C2H4
(4)固态和熔融状态下都能导电的晶体是金属Fe.

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

20.新切开(可知金属钠质软)的金属钠呈银白色,在空气中表面很快会变暗.这说明钠比铁、铝、镁等金属活泼得多,所以金属钠通常保存在石蜡油里或煤油中,这说明煤油的密度比金属钠的密度小.

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