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4.甲烷自熱氧化重整是工業(yè)上獲得氫氣的重要方法,其反應(yīng)為:
2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=akJ/mol.
(1)已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1=bkJ/mol
②CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H2
③CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H3=ckJ/mol.
則△H2=(2a-b-2c)kJ/mol(用含a、b、c的代數(shù)式表示).
(2)以CO、H2為原料合成甲醇的反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g).在體積均為2L的三個(gè)恒容密閉容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,分別都充入1molCO和2molH2,三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變.圖1為三個(gè)容器中的反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)示意圖,其中有一個(gè)容器反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài).CO的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)下隨溫度的變化如圖2所示.

①0~5min時(shí)間內(nèi)容器II中用CH3OH表示的反應(yīng)速率為0.0875mol/(L•min).
②三個(gè)容器中一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是容器II.
③當(dāng)三個(gè)容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率最低的是容器III.
④平衡常數(shù)最大的是容器I.
⑤工業(yè)實(shí)際合成CH3OH生產(chǎn)中,常用圖中M點(diǎn)而不是N點(diǎn)對應(yīng)的反應(yīng)條件,運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和平衡知識,同時(shí)考慮生產(chǎn)實(shí)際,說明選擇該反應(yīng)條件的理由:相對于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500~600K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快,CO的平均轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓,對設(shè)備要求不高.
(3)合成甲醇尾氣中CO的濃度常用電化學(xué)氣敏傳感器進(jìn)行測量,其中CO傳感器可用圖3簡單表示,則陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為CO+H2O-2e-=CO2+2H+

分析 (1)利用蓋斯定律分析,不管化學(xué)反應(yīng)是一步或分幾步完成,其反應(yīng)熱是不變的;根據(jù)目標(biāo)方程改寫分方程,然后求出反應(yīng)熱;
(2)①利用三段式求出反應(yīng)生成的甲醇的物質(zhì)的量濃度,再根據(jù)v=ct計(jì)算;
②達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率最大,氫氣的體積分?jǐn)?shù)最��;
③氫氣的體積分?jǐn)?shù)最大時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率最�。�
④該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大;
⑤根據(jù)溫度、壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響以及對設(shè)備的要求分析;
(3)依據(jù)電解原理分析,陽極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì),結(jié)合圖示可知是一氧化碳失電子生成二氧化碳.

解答 解:(1)已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1=bkJ/mol
②CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H2
③CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H3=ckJ/mol
④2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=akJ/mol
根據(jù)蓋斯定律:2×④-①-2×③得到CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H2=(2a-b-2c)kJ/mol,
故答案為:(2a-b-2c);
(2)①設(shè)反應(yīng)生成的甲醇為xmol/L,
               CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g).
開始(mol/L):0.5      1         0
轉(zhuǎn)化(mol/L):x        2x        x
平衡(mol/L):0.5-x    1-2x      x
到5min時(shí),氫氣的體積分?jǐn)?shù)為0.2,則12x0.5x+12x+x=0.2,則x=0.375mol/L,
則v=ct=0.4375mol/L5min=0.0875mol/(L•min);
②達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率最大,氫氣的體積分?jǐn)?shù)最小,II對應(yīng)的氫氣的體積分?jǐn)?shù)最小,所以II可能達(dá)到了平衡狀態(tài);
故答案為:II;
③氫氣的體積分?jǐn)?shù)最大時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率最小,已知III時(shí),氫氣的體積分?jǐn)?shù)最大,轉(zhuǎn)化率最��;
故答案為:III;
④由圖2可知,升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率減小,即向逆反應(yīng)移動(dòng),所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大,K越大,已知I的溫度最低,則其K最大;
故答案為:I;
⑤相對于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500-600K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快,氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓對設(shè)備要求不高,
故答案為:相對于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500-600K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快,氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓對設(shè)備要求不高;
(3)陽極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì),結(jié)合圖示可知是一氧化碳失電子生成二氧化碳同時(shí)生成氫離子,電極反應(yīng)為:CO+H2O-2e-=CO2+2H+,
故答案為:CO+H2O-2e-═CO2+2H+

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率與平衡常數(shù)、電解原理的應(yīng)用等,注意理解掌握化學(xué)平衡的計(jì)算方法,難度中等,側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

14.下列各組溶液,不用其它試劑就不能將它們區(qū)別開的是( �。�
A.石灰水和碳酸鈉B.偏鋁酸鈉和鹽酸
C.石灰水和磷酸D.硫酸鋁和氫氧化鈉

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

15.食鹽和工業(yè)用鹽具有廣泛的用途.已知,工業(yè)鹽含NaNO2,外觀酷似食鹽并有咸味.NaNO2有氧化性和還原性,遇酸分解放出NO2
(1)下列試劑可鑒別工業(yè)鹽和食鹽的是bc.
a.H2O    b.酸性高錳酸鉀溶液    c.鹽酸
(2)NaNO2與氫碘酸反應(yīng)(含氮產(chǎn)物為NO)的離子方程式為2NO2-+2I-+4H+=I2+2NO↑+2H2O.
(3)某工廠廢液中含有2%-5%的NaNO2,直接排放會(huì)造成水污染,但加入下列物質(zhì)中的某一種就能使NaNO2中的氮轉(zhuǎn)化為對空氣無污染的氣體,該物質(zhì)是b.
a.NaCl    b.NH4Cl    c.濃H2SO4
(4)氯堿工業(yè)通過電解飽和食鹽水來獲得相應(yīng)的產(chǎn)物.請寫出電解食鹽水的離子方程式2Cl-+2H2O_Cl2↑+H2↑+2OH-
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

12.設(shè)NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值.下列敘述正確的是( �。�
A.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,2.24LCH2Cl2含有分子的數(shù)目為0.1NA
B.電解精煉銅時(shí),陽極質(zhì)量減少12.8g時(shí),轉(zhuǎn)移電子0.4NA
C.25℃,pH=11的Na2CO3溶液中由水電離出的H+的數(shù)目為10-3NA
D.常溫常壓下,將0.1mol Fe投入足量的稀硝酸中,轉(zhuǎn)移的電子為0.3 NA

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

19.室溫下,下列說法中不正確的是(  )
A.pH=12的NaOH溶液加水稀釋100倍,溶液pH=10
B.pH=5的鹽酸溶液稀釋1000倍,溶液的pH約等于7
C.pH=2的 H2SO4與pH=12的NaOH溶液等體積混和,溶液pH=7
D.pH=12的NH3•H2O與pH=2的HCl溶液等體積混和,混和液pH<7

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

9.某工廠從廢含鎳有機(jī)催化劑中回收鎳的工藝流程如圖所示(已知廢催化劑中舍有Ni70.0%及一定量的Al、Fe、SiO2和有機(jī)物,鎳及其化臺物的化學(xué)性質(zhì)與鐵的類似,但Ni2-的性質(zhì)較穩(wěn)定).

已知:部分陽離子以氫氧化物的形式完全沉淀時(shí)的pH如下表所示,回答下列間題
 沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Ni(OH)2
 pH 5.2 3.2 9.7 9.2
(1)濾渣a的成分是SiO2,用乙醇洗滌廢催化劑的目的是溶解、除去有機(jī)物,從廢渣中回收乙醇的方法是蒸餾.
(2)為提高酸浸速率,可采取的措施有(答兩條)將廢催化劑粉碎或適當(dāng)?shù)靥岣吡蛩岬臐舛�、浸泡時(shí)的溫度.
(3)向A中加人 H2O2時(shí)反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O.試劑x可以是蒸餾.
(4)用方程式表示出由沉淀.制取單質(zhì)鎳的方法Ni(OH)2 _NiO+H2O、2Al+2NiO _Al2O3+3Ni.回收mkg上述廢催化劑的過程中,若將溶液pH調(diào)整為6時(shí)消耗了akgNi(OH)2,從洗滌到得到濾液B的過程中鎳的損失率為3%,后幾步操作過程中鎳的損失率為5%,則最終得到單質(zhì)鎳的質(zhì)量為(70%×97%m+5993a)×95%kg(填計(jì)算式).
(5)利用化學(xué)鍍(待鍍件直接置于含有鍍層金屬的化合物的溶液中)可以在金屬、塑料、陶瓷等物品表面鍍上一層金屬鎳或鉻等金屬,某化學(xué)鍍鎳的溶液中含有Ni2+和H2PO2-,在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)之一如下,請配平該反應(yīng).與電鍍相比,化掌鍍的最大優(yōu)點(diǎn)是:不消耗電能,節(jié)約能源.
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.下列關(guān)于乙醇的說法正確的是( �。�
A.與乙酸互為同分異構(gòu)體B.屬于高分子化合物
C.不能發(fā)生氧化反應(yīng)D.可用作燃料

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

13.A、B、C、D、E為原子序數(shù)依次增大的短周期元素,已知A、B、E3種原子最外層共有11個(gè)電子,且這3種元素的最高價(jià)氧化物的水化物兩兩皆能發(fā)生反應(yīng)生成鹽和水,C元素的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4,D元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3.
(1)寫出下列元素名稱:A鈉,C硅;
(2)比較C、D的最高價(jià)氧化物的水化物,酸性較強(qiáng)的是H3PO4(用化學(xué)式表示).
(3)由D、E兩種元素形成的化合物,其中所有原子均達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),寫出該化合物的電子式
(4)寫出A、B兩元素最高價(jià)氧化物的水化物相互反應(yīng)的化學(xué)方程式:Al(OH)3+NaOH═NaAlO2+2H2O.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

14.檸檬水中的c (OH-)=10-11 mol/L,則其PH是(  )
A.11B.7C.5D.3

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同步練習(xí)冊答案
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