【题目】煤和甲烷既是重要的常用燃料,又是重要的化工原料。根据题意,回答下列问题:
I.煤制天然气过程中,存在多种化学反应,其中在煤气化装置中发生反应①:C(s) + H2O(g)=CO(g) + H2(g) H = +135 kJ mol-1 ,而在水气变换装置中发生反应②:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+ H2(g) H =-41 kJ mol-1
(1)煤气化前,需要通入一定量的氧气与碳发生燃烧反应,请利用平衡移动原理说明通入氧气的作用:_____________________
(2)写岀碳和二氧化碳反应生成一氧化碳的热化学方程式_____。
(3)如图表示发生反应①后进入反应②装置的n( H2O)/n(CO)与反应②中CO平衡转化率、温度的变化关系。
若n(H2O)/n(CO)为0.8,一定量的煤和水蒸气经反应①和反应②后,得到CO与H2的 物质的量之比为1:3,则反应②所对应的温度是_____(填“T1”、“T2”或“T3”)。
Ⅱ.甲烷重整技术主要是利用甲烷和其他原料来制备合成气(CO和h2混合气体)。现在常(见的重整技术有甲烷——二氧化碳重整、甲烷——水蒸气重整,其反应分别为CH4(g)+3CO2(g)2H2O(g)+4CO(g);CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
(4)甲烷——二氧化碳重整的催化转化原理如图所示:
①过程(二)实现了含氢物种与含碳物种的分离,写出生成H2O(g)的化学方程式:______
②假设过程(一)和过程(二)中各步反应均转化完全,则下列说法正确的是_____ (填序号)。
a.过程(一)和过程(二)中均含有氧化还原反应
b.过程(二)中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3
C.若过程(一)投料比,可导致过程(二)中催化剂失效
(5)通过计算机模拟甲烷——水蒸气重整实验测得,在操作压强为0.1Mpa、水碳比n(H2O)/n(CH4)为1.0,温度为900℃,反应达到平衡时,H2的物质的量分数为0.6。已知该反应的速率方程v=kP(CH4)·P-1(H2),式中k为速率常数,P为气体分压,气体分压=总压×气体物质的量分数,则此时该反应速率v=_____(用含k的式子表示);900℃时,该反应的压强平衡常数Kp=_____(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
【答案】氧气与碳发生燃烧反应放热,放出的热被可逆反应吸收利用,促进反应正向移动 C(s)+CO2(g)=2CO(g) H=+176kJ/mol T3 4H2+Fe3O43Fe+4H2O ac 4.32×10-2(MPa)2
【解析】
根据碳与氧气反应放出热量,会引起C(s) + H2O(g)=CO(g) + H2(g) H = +135 kJ mol-1平衡移动,就可分析解答;对于本题(3)由已知n(H2O)/n(CO)为0.8,可假设水蒸气为4mol,则CO为5mol,根据CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+ H2(g)求出CO的平衡转化率即可解答。对于本题(4)根据甲烷—二氧化碳重整的催化转化原理图示,找出过程(一)和过程(二)发生的反应就可解答。
(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)△H=+135kJmol1,是吸热反应,而碳与氧气反应放出热量,使反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),向正反应方向移动,提高碳的利用率;答案为氧气与碳发生燃烧反应放热,放出的热被可逆反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)吸收利用,促进反应正向移动。
(2)由①:C(s) + H2O(g)=CO(g) + H2(g) H = +135 kJ mol-1 ,②:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+ H2(g) H =-41 kJ mol-1,根据盖斯定律,用①-②可得出:C(s)+CO2(g)=2CO(g) H=+135 kJ mol-1-(-41 kJ mol-1)=+176 kJ mol-1;答案为C(s)+CO2(g)=2CO(g) H=+176 kJ mol-1;
(3)如图:若n(H2O)/n(CO)为0.8,设水蒸气的物质的量是4mol、则①生成的CO物质的量为5mol,同时生成5mol氢气, 经煤气化反应①和水气变换反应②后,设反应②中CO变化了xmol,则生成xmol氢气,则(5x): (5+x)=1:3,x=2.5mol,CO的转化率= ×100%=50%,根据图知,反应温度为T3;答案为T3。
(4)①由上述图可知,过程(一)的产物CO、H2、和过量的CO2进入过程(二)中,与过程(二)中的Fe3O4、CaO混合发生反应,实现了含氢物种与含碳物种的分离,生成H2O(g)的反应显然是H2与Fe3O4反应,则化学方程式为:Fe3O4+4H2 3Fe+4H2O;答案为Fe3O4+4H2 3Fe+4H2O。
②a.过程(一):CH4+CO2(g) 2H2(g)+2CO,碳、氢元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,过程(二):4H2+Fe3O43Fe+4H2O,氢、铁元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,过程(一)和过程(二)中均含有氧化还原反应,故a正确;
b.过程(二)中CaCO3是CaO与CO2发生化学反应生成的,不符合催化剂的概念,CaO才是催化剂,故b错误;
c.若过程(一)投料比,CH4与CO2刚好反应,CO2无剩余,则催化剂CaO在过程(二)中没有二氧化碳与之反应生成CaCO3,催化剂失效,故c正确;答案为ac。
(5)已知n(H2O)/n(CH4)为1.0,可假设n(H2O)=n(CH4)=1mol,操作压强为0.1Mpa,温度为900℃,反应达到平衡时,H2的物质的量分数为0.6,设达平衡时CH4变化了xmol,
根据H2的物质的量分数= =0.6,求出x=mol,则CH4的物质的量分数= =0.1,由反应的速率方程v=kP(CH4)P-1(H2)=k·= k·=,同理可求出H2O的物质的量分数为0.1,CO的物质的量分数为0.2;根据气体分压=总压×气体物质的量分数,总压为0.1Mpa ,则P(CO)=0.1×0.2MPa,P(H2)=0.1×0.6MPa,P(CH4)=0.1×0.1MPa,P(H2O)=0.1×0.1MPa,在900℃时,该反应的压强平衡常数Kp===4.32×10-2(MPa)2;答案为,4.32×10-2(MPa)2。
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】在一定条件下发生反应:3A(g)+2B(g) xC(g)+2D(g),在2 L密闭容器中,把4 mol A和2 mol B混合,2 min后达到平衡时生成1.6 mol C,又测得反应速率vB=0.2 mol·L-1·min-1,则下列说法中正确的是( )
A. x=3B. B的转化率为20%
C. 平衡时气体压强是原来的0.94倍D. 达到平衡时A的浓度为1.4 mol·L-1
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】在Na+浓度为0.5mol·L-1的某澄清溶液中,还可能含有下表中的若干种离子。
阳离子 | K+ Ag+ Mg2+ Ba2+ |
阴离子 | NO3- CO32- Cl- SO42- |
现取该溶液100mL进行如下实验(气体体积均在标准状况下测定)。
序号 | 实验内容 | 实验结果 |
Ⅰ | 向该溶液中加入足量稀硝酸 | 放出标准状况下0.56L无色气体 |
Ⅱ | 向Ⅰ的反应混合液中加入过量的硝酸钡,产生白色沉淀,对沉淀洗涤、干燥,称量所得固体质量 | 固体质量为9.32克 |
Ⅲ | 向Ⅱ的滤液中滴加硝酸银溶液 | 无明显现象 |
请回答下列问题。
(1)实验Ⅰ能确定一定不存在的离子是___。
(2)实验Ⅰ中生成气体的离子方程式为___。
(3)通过实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和必要计算,填写下表中阴离子的浓度(能计算出的,填写计算结果,一定不存在的离子填“0”,不能确定是否存在的离子填“?”)。___
阴离子 | NO3- | CO32- | Cl- | SO42- |
c/mol·L-1 |
(4)判断K+是否存在,若存在求其最小浓度,若不存在说明理由:___。
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【题目】向100mL FeI2溶液中逐渐通入C12,其中n(I2)、n(Fe3+)随通入n(C12)的变化如图所示,下列说法不正确的是
A. 氧化性强弱:I2<Fe3+
B. n(Cl2)=0.12mol时,溶液中的离子主要有Fe2+、Fe3+、Clˉ
C. 由图可知,该FeI2溶液的浓度为1mol· L-l
D. n(C12):n(FeI2)=1:2时,反应的离子方程式为:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
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【题目】向20 mL某浓度的AlCl3溶液中滴加2 mol·L-1的NaOH溶液时,得到Al(OH)3沉淀的质量(g)与所滴加NaOH溶液的体积(mL)关系如图所示,试回答下列问题:
(1)图中A点表示的沉淀是__________(写化学式),其物质的量为____________。
(2)反应至A点时消耗NaOH溶液的体积为______________。
(3)图中B点溶液中的溶质有________________。
(4)AlCl3溶液的浓度为______________。
(5)O点到B点反应的总离子方程式可表示为________________。
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【题目】硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。某课外小组测定该补血剂中铁元素的含量,并检验该补血剂是否变质。实验步骤如下:
请回答下列问题:
(1)向操作①的滤液中滴加KSCN溶液后变为红色,则该滤液中含有______(填离子符号)。
(2)操作②中反应的离子方程式:__________________________________。
(3)操作③中反应的离子方程式:__________________________________。
(4)操作④中一系列处理的操作步骤:过滤、______、灼烧、_______、称量。
(5)假设实验中的损耗忽略不计,则每片补血剂含铁元素的质量为______g。(用含a的代数式表示)
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【题目】A~G各物质间的关系如图,其中B、D为气态单质。
请回答下列问题。
(1)物质C和E的名称分别为_______、_______;
(2)可选用不同的A进行反应①,若能在常温下进行,其化学方程式为___________________;若只能在加热情况下进行,则反应物A应为_______;
(3)MnO2在反应①和反应②中的作用分别是_______、_______;
(4)新配制的F溶液应加入_______以防止其转化为G。检验G溶液中阳离子的常用试剂是_______,实验现象为_________________________________________。
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【题目】实验室制备硝基苯的反应装置如图所示。下列实验操作或叙述错误的是( )。
A.实验时水浴温度需控制在50~60℃
B.加入试剂的顺序:先加浓硝酸,再加浓硫酸,最后加入苯
C.仪器的作用:冷凝回流苯和硝酸,提高原料的利用率
D.完全反应后,可用仪器、蒸馏得到产品
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【题目】为了证明在实验室制备得到的Cl2中会混有HCl,甲同学设计了如图所示的实验装置,按要求回答下列问题。
(1)请根据甲同学的示意图,所需实验装置从左至右的连接顺序:装置②→__________。
(2)装置②中主要玻璃仪器的名称__________、__________、__________。
(3)实验室制备Cl2的离子方程式为____________。
(4)装置③中Cu的作用__________(用化学方程式表示)。
(5)乙同学认为甲同学实验设计仍然存在缺陷,不能证明最终通入AgNO3溶液中的气体只有一种。为此,乙同学提出气体通入装置①之前,要加装一个检验装置⑤,以证明最终通入AgNO3溶液中的气体只有一种。你认为装置⑤应放入__________。
(6)丙同学看到甲同学设计的装置后提出无需多加装置,只需将原来烧杯中的AgNO3溶液换成紫色石蕊试液,如果观察到__________的现象,则证明制Cl2时有HCl挥发出来。
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