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天然气的主要成分是甲烷,它是一种重要的燃料和基础化工原料.
(1)以甲烷和水为原料可制取甲醇.
①CH4(g)+H2O?CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ?mol-1
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-129.0kJ?mol-1
则CH4(g)+H2O?CH3OH(g)+H2(g)△H=
 
kJ?mol-1
(2)用甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染,写出反应的化学方程式
 

(3)一定条件下,反应CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)可以制取合成氨的原料气H2.将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积为100L的反应室,CH4的平衡转化率与温度的关系如图1.已知100℃时达到平衡所需的时间是5min,则用H2表示的反应速率v(H2)=
 
;该温度时的平衡常数K=
 
,该反应的△H
 
0(填“<”、“>”或“=”).
(4)某化学小组设计如图2装置进行饱和NaCl溶液电解实验.
请回答下列问题:
已知每个甲烷燃料电池中盛有1.0L2.0mol?L-1的KOH溶液.标准状况下,当每个燃料电池的负极通入甲烷的体积均为33.6L,且反应完全,则理论上电池溶液中c(K2CO3
 
c(KHCO3)(填“<”、“>”或“=”):最多能产生标准状况氯气的体积为
 
L.
考点:热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的计算
专题:
分析:(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算应用;
(2)用甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染,产物是氮气水以及二氧化碳,据此书写方程式;
(3)根据c=
△c
△t
计算v(H2);计算平衡状态时各物质的浓度,代入平衡常数表达式计算;根据温度对平衡移动的影响确定反应的吸放热情况;
(4)根据二氧化碳和氢氧化钾反应的量的关系确定产物,根据电子守恒结合电极反应式进行计算.
解答: 解:(1)Ⅰ:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ?mol-1
Ⅱ:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1
(2)甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染,产物是氮气水以及二氧化碳,方程式为:xCH4(g)+4NOx(g)=2N2(g)+xCO2(g)+2xH2O,
故答案为:xCH4(g)+4NOx(g)=2N2(g)+xCO2(g)+2xH2O;
(3)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为100L的反应室,在一定条件下发生反应I,由图象可知100℃甲烷转化率为50%,故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol,则:
              CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0       2.0      0         0
变化量(mol):0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量(mol):0.5       1.5      0.5      1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率=
1.5mol
100L
5min
=0.003 mol?L-1?min-1
故答案为:0.003 mol?L-1?min-1
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.005mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,
平衡常数K=
0.005×0.0153
0.005×0.015
=2.25×10-4,根据图示,升高温度,甲烷的转化率升高,所以平衡正向移动,反应是吸热的,故答案为:2.25×10-4;>;
(4)负极通入甲烷的体积均为33.6L,即1.5mol,会产生二氧化碳是1.5mol,1.0L2.0mol?L-1的KOH溶液氢氧化钾的物质的量是2mol,所以3CO2+4OH-=CO32-+2HCO3-+2H2O,溶液中c(K2CO3)<c(KHCO3),根据甲烷转移电子的情况CH4~8e-,则1.5mol甲烷转移电子是12mol,根据反应式2Cl--2e-=Cl2↑,转移12mol电子,生成氯气的量是6mol,体积是6mol×22.4L/mol=134.4L,故答案为:<;134.4.
点评:本题目综合考查学生有关热化学、电化学以及化学反应速率和平衡的有关计算知识,属于综合知识的考查题,难度较大.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:

对于反应3X(g)+Y(g)═Z(g),在其他条件不变时,改变其中一个条件则生成Z的速率(填“增大”“减小”或“不变”):
(1)升高温度:
 

(2)增大压强:
 

(3)增大容器容积:
 

(4)加入X:
 

(5)加入Y:
 

(6)压缩体积:
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列甲、乙两组反应,生成气体的物质的量相等的是(  )
选项
A1mol碳与足量浓硫酸反应1mol铜与足量浓硫酸反应
B1mol铁与足量稀硝酸反应1mol铝与足量稀硝酸反应
C27铝与足量氢氧化钠溶液反应24g镁与足量盐酸反应
D1L 12mol/L浓盐酸与足量MnO2反应1L 12mol/L浓盐酸与足量KMnO4反应
A、AB、BC、CD、D

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科目:高中化学 来源: 题型:

(1)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:H2NOONH4(s)?2NH3(g)+CO2(g)
实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度(℃)15.020.025.030.035.0
平衡气体总浓度(×10-3mol/L)2.43.44.86.8[来源:www.shulihua.net]9.4
氨基甲酸铵分解反应的焓变△H
 
0(填“>”、“<”或“=”)
可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是
 
.(填字母)
A.2v(NH3)=v(CO2
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中氨气的体积分数不变
根据表中数据,计算25.0℃时的分解平衡常数为
 

(2)25℃时,NH3?H2O电离常数Kb=1.8×10-5,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=1.8×10-11,计算0.5mol/L氨水的pH约为
 
.(已知lg3≈0.5)
在某氯化镁溶液中加入一定量的某浓度的氨水后,测得混合液PH=11,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2+)=
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列依据热化学方程式得出的结论正确的是(  )
A、已知 C(石墨,s)=C(金刚石,s);△H>0,则金刚石比石墨稳定
B、已知 C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1 C(s)+
1
2
O2(g)=CO(g)△H2,则△H2>△H1
C、已知 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol,则1mol氢气完全燃烧放出的热量为241.8kJ
D、已知 NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)△H=-57.3kJ/mol,则含 20gNaOH 的稀溶液与稀盐酸完全中和,中和热为 28.65kJ/mol

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科目:高中化学 来源: 题型:

等物质的量的下列物质与足量稀硝酸反应,放出NO气体的物质的量最多的是(  )
A、Fe
B、FeO
C、Fe(OH)3
D、FeSO4

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科目:高中化学 来源: 题型:

第三代混合动力车目前一般使用镍氢电池,该电池中镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱液(主要为KOH)为电解质溶液.镍氢电池工作原理示意如下图,

其总反应式为:H2+2NiOOH 
放电
充电
2Ni(OH)2,根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,乙电极周围溶液的pH
 
(填“增大”、“减小”或“不变”),该电极的电极反应式为
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

2011年6月20日我国卫生部正式实施了GB2760-2011《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》,对部分食品添加剂的使用规定进行了调整.食品添加剂F1和F2的制备流程分别如下(部分反应条件略).
(一)F1的制备流程

(1)属于氧化反应的有
 
(填写反应序号).反应②的化学反应方程式是:
 

(2)B1中有少量A1,分离的方法是:
 

(3)F1在适当的氧化剂作用下,得到产物C9H10O4,酸性增强,该产物在一定条件下发生聚合反应,聚合产物的结构简式为
 

(二)F2的制备流程已知:
①烃A2常作为切割金属的燃料.
②同一碳原子上有两个羟基的化合物不稳定,易脱水生成醛或酮:
③醛R-CH2-CHO与醛R′-CH2-CHO在一定条件下反应,可得到

(4)写出C2结构简式:
 
;B2 的同分异构体的名称:
 

(5)与D2互为同分异构体、分子中含两个甲基的酯共有
 
种.
(6)E2→F2的三步反应中的前两步反应与C2→D2→E2的反应过程相似.完成E2→F2第二步反应的化学方程式:
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列表示对应化学反应的离子方程式正确的是(  )
A、向NaHCO3 溶液中加入过量的澄清石灰水,出现白色沉淀:2HCO3-+Ca2++2OH-═CaCO3↓+CO32-+2H2O
B、向NH4HCO3 溶液中加过量NaOH 溶液并加热:NH4++OH-
  △  
.
 
NH3↑+H2O
C、将过量二氧化硫气体通入氨水中:SO2+NH3?H2O═HSO3-+NH4+
D、用稀硝酸洗涤试管内壁的银镜:Ag+2H++3NO3-═Ag++NO↑+H2O

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