【題目】以高純H2為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量效率高、無污染等優(yōu)點(diǎn),但燃料中若混有CO將顯著縮短電池壽命。
(1)以甲醇為原料制取高純H2是重要研究方向。甲醇水蒸氣重整制氫主要發(fā)生以下兩個反應(yīng):
主反應(yīng):CH3OH(g) + H2O(g) ==CO2(g) + 3H2(g) △H = +49 kJmol-1
副反應(yīng):H2(g) + CO2(g) ==CO(g) + H2O(g) △H=+41 kJmol-1
①甲醇蒸氣在催化劑作用下裂解可得到H2和CO,則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________,既能加快反應(yīng)速率又能提高CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的一種措施是_________________。
②分析適當(dāng)增大水醇比對甲醇水蒸氣重整制氫的好處是_______________。
③某溫度下,將n(H2O)∶n(CH3OH) = 1∶1的原料氣充入恒容密閉容器中,初始壓強(qiáng)為P1,反應(yīng)達(dá)平衡時總壓強(qiáng)為P2,則平衡時甲醇的轉(zhuǎn)化率為____________(忽略副反應(yīng))。
(2)工業(yè)上用CH4與水蒸氣在一定條件下制取H2,原理為:CH4(g) + H2O(g)=CO(g) + 3H2(g) ΔH = + 203 kJmol-1
①該反應(yīng)逆反應(yīng)速率表達(dá)式為:v逆=kc(CO) c3(H2),k 為速率常數(shù),在某溫度下測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:
CO濃度(molL-1) | H2濃度(molL-1) | 逆反應(yīng)速率(molL-1min-1) |
0.05 | c1 | 4.8 |
c2 | c1 | 19.2 |
c2 | 0.15 | 8.1 |
由上述數(shù)據(jù)可得該溫度下,該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率常數(shù) k為_________L3mol-3min-1。
②在體積為3 L的密閉容器中通入物質(zhì)的量均為3 mol的CH4和水蒸氣,在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng),測得平衡時H2的體積分?jǐn)?shù)與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示:則壓強(qiáng)Pl_______P2(填“大于”或“小于”);N點(diǎn)v正_______M點(diǎn)v逆(填“大于”或“小于”);求Q點(diǎn)對應(yīng)溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO,平衡_______移動(填“正反應(yīng)方向”或“逆反應(yīng)方向”或“不”)。
【答案】CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH = +90 kJ/mol 升溫 提高甲醇的利用率、有利于抑制CO的生成或抑制副反應(yīng)發(fā)生 ×100% 1.2×104 大于 小于 48 (mol/L)2 正反應(yīng)方向
【解析】
(1)①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算所求反應(yīng)的焓變,從壓強(qiáng)和溫度角度分析措施;
②適當(dāng)增大水醇比[n(H2O):n(CH3OH)],可視為增大H2O的量,能使CH3OH轉(zhuǎn)化率增大,生成更多的H2,抑制轉(zhuǎn)化為CO的反應(yīng)的進(jìn)行;
③根據(jù)主反應(yīng)方程式計(jì)算,平衡體系總壓為各組分分壓之和;
(2)①根據(jù)v逆=kc(CO)c3(H2)計(jì)算k的值;
②反應(yīng)為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng),隨著反應(yīng)的進(jìn)行,體系壓強(qiáng)增大,增大壓強(qiáng)不利于反應(yīng)正向進(jìn)行,反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度升高有利于反應(yīng)正向進(jìn)行,化學(xué)反應(yīng)平衡時的正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等;根據(jù)溫度高、壓強(qiáng)大使化學(xué)反應(yīng)速率加快分析M、N點(diǎn)速率大;利用三段式計(jì)算平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量,結(jié)合容器的容積得到相應(yīng)物質(zhì)的平衡濃度,根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式可得其平衡常數(shù)的數(shù)值。然后將加入1 mol CH4和1 mol CO加入反應(yīng)體系,計(jì)算此時的Qc并與K比較,判斷平衡移動的方向。
(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,
根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)可由①+②整理可得,CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)△H=△H1+△H2=+90kJ/mol;該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度既能加快化學(xué)反應(yīng)速率同時可以促使反應(yīng)正向進(jìn)行,提高CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率,而增大壓強(qiáng)能加快化學(xué)反應(yīng)速率,但對正反應(yīng)不利,所以既能加快反應(yīng)速率又能提高CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的一種措施是升高溫度;
②適當(dāng)增大水醇比[n(H2O):n(CH3OH)],可視為增大H2O的量,能使CH3OH轉(zhuǎn)化率增大,生成更多的H2,抑制轉(zhuǎn)化為CO的反應(yīng)的進(jìn)行,所以適當(dāng)增大水醇比[n(H2O):n(CH3OH)]對甲醇水蒸氣重整制氫的好處為:提高甲醇的利用率,有利于抑制CO的生成;
③主反應(yīng)為:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g),n(H2O):n(CH3OH)=1:1的原料氣充入恒容密閉容器中,初始壓強(qiáng)為p1,反應(yīng)達(dá)到平衡時總壓強(qiáng)為p2,
CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
初始壓強(qiáng) 0.5p1 0.5p1
轉(zhuǎn)化壓強(qiáng) p p p 3p
平衡壓強(qiáng) 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=,則平衡時甲醇的轉(zhuǎn)化率為α=×100%
(2)①根據(jù)v逆=kc(CO)c3(H2),由表中數(shù)據(jù),c13=mol3/L3,則c2==0.2mol/L,所以k= L3mol3min1=1.2×104 L3mol3min1;
②反應(yīng)為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng),隨著反應(yīng)的進(jìn)行,體系壓強(qiáng)增大,增大壓強(qiáng)不利于反應(yīng)正向進(jìn)行,所以壓強(qiáng)p1大于p2;M、N都處于平衡狀態(tài),該點(diǎn)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率。由于溫度:M>N,壓強(qiáng):M>N,升高溫度或增大壓強(qiáng)都會使化學(xué)反應(yīng)速率加快,因此N點(diǎn)v正<M點(diǎn)v逆;
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始(mol) 3 3 0 0
轉(zhuǎn)化(mol) -x -x x 3x
平衡(mol) 3-x 3-x x 3x
所以可得=60%,解得x=2,所以平衡時c(CH4)==mol/L,c(H2O)=mol/L,c(CO)=mol/L,c(H2)=2mol/L,則化學(xué)平衡常數(shù)為K==48mol2/L2;
若平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO,則c(CH4)=mol/L,c(CO)=1mol/L,Qc=<K,所以化學(xué)平衡正向移動直至達(dá)到化學(xué)平衡。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某學(xué)生利用以下裝置探究氯氣與氨氣之間的反應(yīng)。其中A、F分別為氨氣和氯氣的發(fā)生裝置,C為純凈干燥的氯氣與氨氣反應(yīng)的裝置。
請回答下列問題:
(1)裝置F中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________。
(2)裝置A的燒瓶中可裝試劑_______________________________________________。
(3)B裝置的名稱是_______________;E裝置的作用_____________________________。
(4)裝置C內(nèi)出現(xiàn)濃厚的白煙并在容器內(nèi)壁凝結(jié),另一生成物是空氣的主要成分之一。請寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式:_______________。
(5)通入C裝置的兩根導(dǎo)管左邊較長、右邊較短,目的是____________________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】有機(jī)物H是一種重要的高分子化合物,其合成路線如下:
已知:
請回答下列問題:
(1)A的名稱是_______________,C中含氧官能團(tuán)名稱是______________。
(2)寫出反應(yīng)類型:A→B______________,C→D__________________。
(3)B→C的反應(yīng)試劑和反應(yīng)條件是______________________。
(4)D+E→F的反應(yīng)方程式是_________________。
(5)G的分子式是____________________。
(6)滿足下列條件的F的同分異構(gòu)體共有__________種(不考慮立體異構(gòu))。
a.苯環(huán)上有兩個取代基,無其他環(huán)狀結(jié)構(gòu);b.含碳碳三鍵,無-C≡COH結(jié)構(gòu)。
(7)多環(huán)化合物是有機(jī)研究的重要方向,請?jiān)O(shè)計(jì)由、.CH3CHO、-CHO合成多環(huán)化合物的路線(無機(jī)試劑任選)______________
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】如圖是甲醛分子的模型,根據(jù)該圖和所學(xué)化學(xué)知識回答下列問題:
(1)甲醛分子中碳原子的雜化方式是__________,作出該判斷的主要理由是__________________________。
(2)下列是對甲醛分子中碳氧鍵的判斷,其中正確的是________(填序號)。
①單鍵 ②雙鍵 ③σ鍵 ④π鍵 ⑤σ鍵和π鍵
(3)甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角________(填“=”、“>”或“<”)120°,出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是____________________________________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】用于金屬焊接的某種焊條,其藥皮由大理石、水泥、硅鐵等配制而成。
(1)Al的原子結(jié)構(gòu)示意圖為____________;Al與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為____________。
(2)30Si的原子的中子數(shù)為________________________。SiO2的晶體類型為_____________。
(3)Al3+與Yn-的電子數(shù)相同,Y所在族各元素的氫化物的水溶液均顯酸性,則該族氫化物中沸點(diǎn)最低的是___________________。
(4)焊接過程中,藥皮在高溫下產(chǎn)生了熔渣和使金屬不被氧化的氣體,該氣體是____________。
(5)經(jīng)處理后的熔渣36.0 g(僅含Fe2O3、Al2O3、SiO2),加入足量稀鹽酸,分離得到11.0 g固體;濾液中加入過量NaOH溶液,分離得到21.4 g固體;則此熔渣中Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列實(shí)驗(yàn)操作正確的是
A. 制乙酸乙酯時,將乙醇注入濃硫酸中,冷卻后加入乙酸
B. 向溴乙烷中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,以檢驗(yàn)其中的溴元素
C. 用氫氧化鈉溶液清洗盛過苯酚的試管
D. 在試管中加入2mL2%的CuSO4溶液,然后加入4至6滴10%的NaOH溶液振蕩、再加入幾滴乙醛溶液加熱煮沸,可以檢驗(yàn)乙醛分子中的醛基
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【題目】廢鎳催化劑中主要有Ni,還有Al、Fe、SiO2及其它不溶于酸、堿的雜質(zhì),F(xiàn)用廢鎳催化劑制備NiSO4·7H2O晶體,其流程如下圖:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38,Ka sp[Fe(OH)2]=8.0×10-16,K[Al(OH)3]=3.2×10-34,Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15,1g2=0.3,
回答下列問題
(1)“堿浸”的目的是______。
(2)“酸浸時發(fā)生的離子方程式為Fe+2H+=Fe2++H2↑、_______。
(3)“凈化除雜需要先加入H2O2溶液,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______,然后調(diào)節(jié)PH=_______時,使雜質(zhì)離子恰好完全沉淀(注:離子濃度小于或等于1×10-5mol/L時沉淀完全)
(4)“操作A為”______。
(5)Ni2+在強(qiáng)堿性溶液中還可被NaClO氧化為NiOOH,該反應(yīng)離子方程式為______。
(6) NiOOH也可作為原電池的電極材料,若在堿性條件下形成燃料電池,負(fù)極通入N2H4氣體,則負(fù)極的電極反應(yīng)式為______。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】從古至今,鐵及其化合物在人類生產(chǎn)生活中的作用發(fā)生了巨大改變。
(1)古代中國四大發(fā)明之一的指南針是由天然磁石制成的,其主要成分是____(填字母序號)。
a.Fe b.FeO c.Fe3O4 d.Fe2O3
(2)硫酸渣的主要化學(xué)成分為:SiO2約45%,Fe2O3約40%,Al2O3約10%,MgO約5%。用該廢渣制取藥用輔料紅氧化鐵的工藝流程如下(部分操作和條件略):
①在步驟Ⅰ中產(chǎn)生的有毒氣體可能有_____________________。
②在步驟Ⅲ操作中,要除去的離子之一為Al3+。若常溫時Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-32,此時理論上將Al3+ 沉淀完全,則溶液的pH為_________。(c(Al3+)≤1.0×10-5mol/L 視為Al3+沉淀完全)
③步驟Ⅳ中,生成FeCO3的離子方程式是____________________________。
(3)氯化鐵溶液稱為化學(xué)試劑中的“多面手”。向氯化銅和氯化鐵的混合溶液中加入氧化銅粉末會產(chǎn)生沉淀,寫出該沉淀的化學(xué)式______________。請用平衡移動的原理,結(jié)合必要的離子方程式,對此現(xiàn)象作出解釋:__________________________________________________________。
(4)①古老而神奇的藍(lán)色染料普魯士藍(lán)的合成方法如下:
復(fù)分解反應(yīng)Ⅱ的離子方程式是____________________________________________。
②如今基于普魯士藍(lán)合成原理可檢測食品中是否含CN-,方案如下:
若試紙交藍(lán)則證明食品中含有CN-,請解釋檢測時試紙中FeSO4的作用:____________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】加熱N2O5,依次發(fā)生分解反應(yīng):①N2O5(g)N2O3(g)+O2(g)、②N2O3(g)N2O(g)+O2(g)。在體積為2 L的恒容密閉容器中充入8 mol N2O5,加熱到T ℃時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),此時O2和N2O3的物質(zhì)的量分別為9 mol、3.4 mol,則T ℃時反應(yīng)①的平衡常數(shù)為
A. 10.7 B. 8.5 C. 9.6 D. 10.2
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