【题目】以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点,但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。
(1)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应:
主反应:CH3OH(g) + H2O(g) ==CO2(g) + 3H2(g) △H = +49 kJmol-1
副反应:H2(g) + CO2(g) ==CO(g) + H2O(g) △H=+41 kJmol-1
①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到H2和CO,则该反应的热化学方程式为_________________,既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________。
②分析适当增大水醇比对甲醇水蒸气重整制氢的好处是_______________。
③某温度下,将n(H2O)∶n(CH3OH) = 1∶1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为P1,反应达平衡时总压强为P2,则平衡时甲醇的转化率为____________(忽略副反应)。
(2)工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取H2,原理为:CH4(g) + H2O(g)=CO(g) + 3H2(g) ΔH = + 203 kJmol-1
①该反应逆反应速率表达式为:v逆=kc(CO) c3(H2),k 为速率常数,在某温度下测得实验数据如表:
CO浓度(molL-1) | H2浓度(molL-1) | 逆反应速率(molL-1min-1) |
0.05 | c1 | 4.8 |
c2 | c1 | 19.2 |
c2 | 0.15 | 8.1 |
由上述数据可得该温度下,该反应的逆反应速率常数 k为_________L3mol-3min-1。
②在体积为3 L的密闭容器中通入物质的量均为3 mol的CH4和水蒸气,在一定条件下发生上述反应,测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示:则压强Pl_______P2(填“大于”或“小于”);N点v正_______M点v逆(填“大于”或“小于”);求Q点对应温度下该反应的平衡常数K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO,平衡_______移动(填“正反应方向”或“逆反应方向”或“不”)。
【答案】CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH = +90 kJ/mol 升温 提高甲醇的利用率、有利于抑制CO的生成或抑制副反应发生 ×100% 1.2×104 大于 小于 48 (mol/L)2 正反应方向
【解析】
(1)①根据盖斯定律计算所求反应的焓变,从压强和温度角度分析措施;
②适当增大水醇比[n(H2O):n(CH3OH)],可视为增大H2O的量,能使CH3OH转化率增大,生成更多的H2,抑制转化为CO的反应的进行;
③根据主反应方程式计算,平衡体系总压为各组分分压之和;
(2)①根据v逆=kc(CO)c3(H2)计算k的值;
②反应为气体分子数增多的反应,随着反应的进行,体系压强增大,增大压强不利于反应正向进行,反应为吸热反应,温度升高有利于反应正向进行,化学反应平衡时的正反应和逆反应速率相等;根据温度高、压强大使化学反应速率加快分析M、N点速率大小;利用三段式计算平衡时各种物质的物质的量,结合容器的容积得到相应物质的平衡浓度,根据平衡常数表达式可得其平衡常数的数值。然后将加入1 mol CH4和1 mol CO加入反应体系,计算此时的Qc并与K比较,判断平衡移动的方向。
(1)①已知:①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H = +49 kJ/mol,
②H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41kJ/mol,
根据盖斯定律,反应可由①+②整理可得,CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)△H=△H1+△H2=+90kJ/mol;该反应为吸热反应,升高温度既能加快化学反应速率同时可以促使反应正向进行,提高CH3OH平衡转化率,而增大压强能加快化学反应速率,但对正反应不利,所以既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是升高温度;
②适当增大水醇比[n(H2O):n(CH3OH)],可视为增大H2O的量,能使CH3OH转化率增大,生成更多的H2,抑制转化为CO的反应的进行,所以适当增大水醇比[n(H2O):n(CH3OH)]对甲醇水蒸气重整制氢的好处为:提高甲醇的利用率,有利于抑制CO的生成;
③主反应为:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g),n(H2O):n(CH3OH)=1:1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,
CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
初始压强 0.5p1 0.5p1
转化压强 p p p 3p
平衡压强 0.5p1-p 0.5p1-p p 3p
所以可得p2=(0.5p1-p)+(0.5p1-p)+ p+3p=p1+2p,故p=,则平衡时甲醇的转化率为α=×100%
(2)①根据v逆=kc(CO)c3(H2),由表中数据,c13=mol3/L3,则c2==0.2mol/L,所以k= L3mol3min1=1.2×104 L3mol3min1;
②反应为气体分子数增多的反应,随着反应的进行,体系压强增大,增大压强不利于反应正向进行,所以压强p1大于p2;M、N都处于平衡状态,该点的正反应速率等于逆反应速率。由于温度:M>N,压强:M>N,升高温度或增大压强都会使化学反应速率加快,因此N点v正<M点v逆;
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始(mol) 3 3 0 0
转化(mol) -x -x x 3x
平衡(mol) 3-x 3-x x 3x
所以可得=60%,解得x=2,所以平衡时c(CH4)==mol/L,c(H2O)=mol/L,c(CO)=mol/L,c(H2)=2mol/L,则化学平衡常数为K==48mol2/L2;
若平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO,则c(CH4)=mol/L,c(CO)=1mol/L,Qc=<K,所以化学平衡正向移动直至达到化学平衡。
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【题目】已知某温度下,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=1.9×10-12,当溶液中离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全。下列叙述正确的是( )
A. 饱和AgCl溶液与饱和Ag2CrO4溶液相比,前者的c(Ag+)大
B. 向氯化银的浊液中加入氯化钠溶液,氯化银的Ksp减小
C. 向0.000 8 mol·L-1的K2CrO4溶液中加入等体积的0.002 mol·L-1AgNO3溶液,则CrO42-完全沉淀
D. 将0.001 mol·L-1的AgNO3溶液滴入0.001 mol·L-1的KCl和0.001 mol·L-1的K2CrO4溶液,则先产生AgCl沉淀
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【题目】有A、B两个完全相同的装置,某学生分别在它们的侧管中装入1.06g Na2CO3和0.84g NaHCO3,A、B中分别有10mL相同浓度的盐酸,将两个侧管中的物质同时倒入各自的试管中,下列叙述正确的是( )
A.B装置的气球膨胀的体积大
B.最终两试管中NaCl的物质的量一定相同
C.若最终两气球体积不同,则盐酸的浓度一定小于或等于1mol/L
D.若最终两气球体积相同,则盐酸的浓度一定大于或等于2mol/L
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【题目】在一定条件下,可逆反应N2+3H22NH3(正反应是放热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是( )
A. 加催化剂,v正、v逆都发生变化,且变化的倍数相等
B. 加压,v正、v逆都增大,且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数
C. 降温,v正、v逆减小,且v正减小的倍数大于v逆减小的倍数
D. 体积不变,加入氩气,v正、v逆都保持不变
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【题目】索氏提取法是测定动植物样品中粗脂肪含量的标准方法。其原理是利用如图装置,用无水乙醚等有机溶剂连续、反复、多次萃取动植物样品中的粗脂肪。具体步骤如下:
①包装:取滤纸制成滤纸筒,放入烘箱中干燥后,移至仪器X中冷却至室温,然后放入称量瓶中称量,质量记作a;在滤纸筒中包入一定质量研细的样品,放入烘箱中干燥后,移至仪器X中冷却至室温,然后放入称量瓶中称量,质量记作b。
②萃取:将装有样品的滤纸筒用长镊子放入抽提筒中,注入一定量的无水乙醚,使滤纸筒完全浸没入乙醚中,接通冷凝水,加热并调节温度,使冷凝下滴的无水乙醚呈连珠状,至抽提筒中的无水乙醚用滤纸点滴检查无油迹为止(大约6h~12h)。
③称量:萃取完毕后,用长镊子取出滤纸筒,在通风处使无水乙醚挥发,待无水乙醚挥发后,将滤纸筒放入烘箱中干燥后,移至仪器X中冷却至室温,然后放入称量瓶中称量,质量记作c。
回答下列问题:
(1)实验中三次使用的仪器X的名称为__________________。为提高乙醚蒸气的冷凝效果,索氏提取器可选用下列_______(填字母)代。
a.空气冷凝管 b.直形冷凝管 c.蛇形冷凝管
(2)实验中必须十分注意乙醚的安全使用,如不能用明火加热、室内保持通风等。为防止乙醚挥发到空气中形成燃爆,常在冷凝管上口连接一个球形干燥管,其中装入的药品为_______(填字母)。
a.活性炭 b.碱石灰 c.P2O5 d.浓硫酸
无水乙醚在空气中可能氧化生成少量过氧化物,加热时发生爆炸。检验无水乙醚中是否含有过氧化物的方法是______________________________________。
(3)实验中需控制温度在70℃~80℃之间,考虑到安全等因素,应采取的加热方式是_______。当无水乙醚加热沸腾后,蒸气通过导气管上升,被冷凝为液体滴入抽提筒中,当液面超过回流管最高处时,萃取液即回流入提取器(烧瓶)中……该过程连续、反复、多次进行,则萃取液回流入提取器(烧瓶)的物理现象为_______。索氏提取法与一般萃取法相比较,其优点为___________________________。
(4)数据处理:样品中纯脂肪百分含量_________(填“<”、“>”或“=”)(b-c)/(b-a)×100%;测定中的样品、装置、乙醚都需要进行脱水处理,否则导致测定结果__________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
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【题目】碳九芳烃是一种混合物,异丙苯就是其中的一种。工业上可用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮,其反应和工艺流程示意图如下。下列有关说法正确的是
A. a的同分异构体有7种B. a能发生取代反应、加成反应和氧化反应
C. b的分子式为D. b、c互为同系物
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【题目】某同学要在奥运五连环中填入物质,使相连物质间能发生反应,不相连物质间不能发生反应。你认为“五连环”中有空缺的一环应填入的物质是( )
A. 硫酸 B. 氧气 C. 二氧化碳 D. 氧化钙
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【题目】已知反应H2(g)+ I2(g)2HI(g),1 mol H2完全反应放出a kJ的热量,依据下表数据,以下说法错误的是( )
化 学 键 | H—H | I—I |
断开1 mol化学键时吸收的能量(kJ) | b | c |
A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
B.断开1 mol H-H 键和1 mol I-I 键所需能量大于断开2 mol H-I 键所需能量
C.断开2 mol H-I键所需能量为(a+b+c)kJ
D.向密闭容器中加入2 mol H2和2 mol I2,充分反应后放出的热量小于2a kJ
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【题目】设NA为阿伏伽德罗常数的值。下列说法正确的是
A. 标准状况下,22.4 L C2H6O含有的O-H键数目为NA
B. 100 g 质量分数17%H2O2溶液中极性键数目为NA
C. 65 g Zn与足量浓硫酸充分反应得混合气体的分子数为NA
D. 1 L 0.1 mol/L K2Cr2O7溶液中含铬的离子总数为0.2NA
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