【題目】頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開采出來的一種非常重要的天然氣資源,頁(yè)巖氣的主要成分是甲烷,是公認(rèn)的潔凈能源。

(1)頁(yè)巖氣不僅能用作燃料,還可用于生產(chǎn)合成氣(CO+H2)CH4H2O(g)通入聚焦太陽(yáng)能反應(yīng)器,發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g) ΔH。

已知:①CH4H2、CO的燃燒熱分別為a 、b 、c (a、bc均大于0);

②水的汽化熱為+d (d >0)。則ΔH=__________ (用含ab、c、d的代數(shù)式表示)

(2)用合成氣制甲醇的反應(yīng)為2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH,在10 L的恒容密閉容器中按物質(zhì)的量之比12充入COH2,測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

ΔH________(“>”“<”“=”)0。

②寫出兩條可同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO的轉(zhuǎn)化率的措施:_______、_____。

③下列說法正確的是___________(填序號(hào))。

A.溫度越高,該反應(yīng)的平衡常數(shù)越大

B.達(dá)平衡后再充入稀有氣體,CO的轉(zhuǎn)化率提高

C.體系內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再變化時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

D.圖中壓強(qiáng)p1<p2

200 ℃時(shí),n(H2)隨時(shí)間的變化如表所示,3 min時(shí)反應(yīng)剛好達(dá)到平衡狀態(tài),請(qǐng)利用表中的數(shù)據(jù)計(jì)算0~3 min內(nèi)v(CH3OH)=_______

t/min

0

1

3

5

n(H2)/mol

8.0

5.4

4.0

4.0

200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________。向上述200 ℃的平衡體系中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH,保持溫度不變,則平衡_______(正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)不移動(dòng)”)。

(3)甲、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池。標(biāo)準(zhǔn)狀況下通入5.6 L甲烷時(shí),測(cè)得電路中轉(zhuǎn)移1.96 mol電子,則甲烷的利用率為________

【答案】(a+3b+cd) < 增大H2濃度 增大壓強(qiáng) CD 1/15或0.067 6.25 正向移動(dòng) 98%

【解析】

1)利用蓋斯定律的計(jì)算反應(yīng)熱時(shí),將各分式與所求總式對(duì)比,明確熱化學(xué)方程式是否需要反向,是否需要乘以某個(gè)數(shù)。

2)本小問涉及了化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算和影響因素、化學(xué)平衡的判定、化學(xué)平衡的圖像、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)的大小比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向等。綜合度較高。

3)本小問涉及原電池原理的簡(jiǎn)單計(jì)算。

1)據(jù)題意,先寫出相關(guān)的熱化學(xué)方程式:

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-a

H2(g)+O2 (g)═H2O (l)  ΔH=-b

CO(g)+ O2 (g)═CO2 (g)  ΔH=-c

H2O(l)=H2O(g) ΔH=d

根據(jù)蓋斯定律可知,反應(yīng)總式CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g) 可由前4個(gè)分式相加減得到,即①-×3--④,可得CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g) ΔH =(a+3b+cd)kJ/mol;

2)①以圖中的p1線為例(保持壓強(qiáng)不變),則隨著溫度的升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,說明升溫平衡左移,該反應(yīng)正向放熱,即ΔH<0;

②先從提高反應(yīng)速率的常見措施有升高溫度、增大壓強(qiáng)、提高濃度、使用催化劑4個(gè)方面考慮。由于催化劑不能使平衡移動(dòng),不改變CO的平衡轉(zhuǎn)化率,所以催化劑不考慮。因?yàn)樯郎仄胶鈺?huì)左移,所以升高溫度不合適。由于該反應(yīng)是正向氣體分子總數(shù)減小的反應(yīng),所以加壓平衡會(huì)右移,增大壓強(qiáng)這一措施可行。增大H2的濃度可以提高CO的轉(zhuǎn)化率。

A項(xiàng)錯(cuò)誤,該反應(yīng)正向是吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡常數(shù)將減;

B項(xiàng)錯(cuò)誤,由于題給的是恒容容器,充入稀有氣體,沒有改變平衡體系中各物質(zhì)的濃度,所以平衡不移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率不變;

C項(xiàng)正確,該反應(yīng)是一個(gè)正向氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),在恒容時(shí)充入反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng),壓強(qiáng)是一個(gè)變量,當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí),說明該反應(yīng)已達(dá)平衡;

D項(xiàng)正確,畫一條垂直橫軸的線,保持溫度不變,發(fā)現(xiàn)p2p1的上方,即p2對(duì)應(yīng)的CO的轉(zhuǎn)化率高,據(jù)該反應(yīng)正向氣體分子數(shù)減小的特點(diǎn),說明相對(duì)于p1,p2是加壓使平衡右移,即p2>p1;

所以答案選CD。

投入H28.0mol,平衡時(shí)H24.0mol,所以H2反應(yīng)了4.0mol,其濃度改變量為0.4mol/L,H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為v(H2)=molL-1min-1;據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知,用CH3OH表示的化學(xué)反應(yīng)速率為v(CH3OH)=v(H2)= molL-1min-1=molL-1min-1≈0.067 molL-1min-1;

2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)

初始 8.0 4.0 0

變化 4.0 2.0 2.0

平衡 4.0 2.0 2.0

所以平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為:0.4mol/L0.2mol/L、0.2mol/L,所以200℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為=6.25;向上述200 ℃的平衡體系再加入2 mol CO、2 mol H22 mol CH3OH,保持溫度不變,此時(shí)≈2.78<6.25,所以平衡正向移動(dòng);

3)負(fù)極的電極反應(yīng)式為:CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,所以每反應(yīng)1molCH4,轉(zhuǎn)移8mole-,現(xiàn)轉(zhuǎn)移1.96mol電子,則參加反應(yīng)的CH4 的物質(zhì)的量為0.245mol,通入甲烷的物質(zhì)的量為0.25mol,所以甲烷的利用率為=98%。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】在密閉容器中發(fā)生下列反應(yīng) aA(g)cC(g)+dD(g),反應(yīng)達(dá)到平衡后,將氣體體積壓縮到原來的一半,當(dāng)再次達(dá)到平衡時(shí),D的濃度為原平衡的1.7倍,下列敘述正確的是

A. A的轉(zhuǎn)化率變小 B. 平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)

C. D的物質(zhì)的量變多 D. a>c+d

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】Ⅰ.⑴指出如下圖實(shí)驗(yàn)裝置中的錯(cuò)誤之處(加熱裝置中燒杯底部已墊有石棉網(wǎng))

____________________;

____________________。

⑵圖是某學(xué)生的過濾操作示意圖,其操作不規(guī)范的是______

a.漏斗末端頸尖未緊靠燒杯壁

b.玻璃棒用作引流

c.將濾紙濕潤(rùn),使其緊貼漏斗壁

d.濾紙邊緣高出漏斗

e.用玻璃棒在漏斗中輕輕攪動(dòng)以加快過濾速度

Ⅱ.海藻中提取碘的流程如圖,已知②中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Cl2+2KI=2KCl+I2。請(qǐng)回答下列問題:

⑴指出提取碘的過程中有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作①和②的名稱:__________________。

⑵在3 mL含碘的水溶液中加入1mL四氯化碳,振蕩?kù)o置后觀察到試管里的分層現(xiàn)象是上圖中的_____(注:試管中深色區(qū)為有色溶液),上層無色溶液的溶質(zhì)是_____下層顏色是_____。

⑶從含碘的有機(jī)溶液中提取碘和回收有機(jī)溶劑,還需經(jīng)過的操作是_______。

Ⅲ.某溶液中含有MgSO4和Na2SO4兩種溶質(zhì),選擇適當(dāng)試劑將溶液中的鎂離子轉(zhuǎn)化為沉淀或固體分離出來,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如下:

欲證明濾液中存在SO42-、OH,選用的方案是先取少量的濾液滴加________,發(fā)現(xiàn)溶液變紅,再向其中加入________溶液,出現(xiàn)白色沉淀,則可證明SO42-、OH,均存在。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】銅是人類最早發(fā)現(xiàn)并廣泛使用的一種金屬。向硫酸銅溶液中逐滴滴加稀氨水,產(chǎn)生藍(lán)色沉淀:繼續(xù)滴加稀氨水,沉淀溶解,溶液最終變?yōu)樯钏{(lán)色:再向深藍(lán)色溶液中加入無水乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O。回答下列問題:

(1)基態(tài)Cu原子中,電子在核外排布的原子軌道共有________個(gè)。

(2)NO、S元素的原子對(duì)鍵合電子吸引力最大的是_________。

(3)[Cu(NH3)4]2+中,提供孤對(duì)電子的是________Cu(NH3)2Cl2有兩種同分異構(gòu)體,其中一種可溶于水,則此種化合物是________(極性非極性”)分子,由此推知[Cu(NH3)4]2+的空間構(gòu)型是________。

(4)NH3N原子的雜化方式是_________,乙醇分子中采用同樣雜化方式的原子有_________________個(gè)。

(5)硫元素對(duì)應(yīng)的含氧酸酸性是H2SO4強(qiáng)于H2SO3,其原因?yàn)?/span>_________。

(6)銅的一種氧化物晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,該氧化物的化學(xué)式是________。若該晶體結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體,其參數(shù)如圖,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則該氧化物的密度為_________g·cm3。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】在一定溫度下,將氣體X和氣體Y0.16 mol充入10 L恒容密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)X(g)+Y(g) 2Z(g) △H < 0,一段時(shí)間后達(dá)到平衡,反應(yīng)過程中測(cè)定的數(shù)據(jù)如下表:

t/min

2

4

7

9

n(Y)/mol

0.12

0.11

0.10

0.10

下列說法正確的是

A. 反應(yīng)前2 min的平均速率ν(Z)=2.0×103 mol·L1·min-1

B. 其他條件不變,降低溫度,反應(yīng)達(dá)到新平衡前ν()> ν()

C. 該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.44

D. 其他條件不變,再充入0.2 molZ,平衡時(shí)X的體積分?jǐn)?shù)增大

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液和5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液混合,達(dá)到平衡后呈紅色。再將混合液分為5份,分別進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):

下列說法不正確的是

A. 對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和②,為了證明增加反應(yīng)物濃度,平衡發(fā)生正向移動(dòng)

B. 對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和③,為了證明增加反應(yīng)物濃度,平衡發(fā)生逆向移動(dòng)

C. 對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和④,為了證明增加反應(yīng)物濃度,平衡發(fā)生正向移動(dòng)

D. 對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和⑤,為了證明減少反應(yīng)物濃度,平衡發(fā)生逆向移動(dòng)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】A、B、C、D、E五種短周期元素,原子序數(shù)依次增大,A、E同主族,A元素的原子半徑最小,B元素原子的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍,C元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物X與其氫化物反應(yīng)生成一種鹽Y,A、B、C、E四種元素都能與D元素形成原子個(gè)數(shù)比不相同的常見化合物,E2D2可用于呼吸面具或潛水艇中氧氣的來源。請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問題:

(1)BD2的電子式為_______________________。

(2)EAB2D4水溶液顯酸性的原因是____________________________________

(3)將等濃度等體積的EBC溶液和ABC溶液混合,所得混合溶液(呈堿性)中各微粒(水分子除外)濃度由大到小的順序?yàn)?/span>_________________________________________。

(4)A、B、D、E四種元素組成的某無機(jī)化合物,受熱易分解。寫出該化合物的溶液與足量的Ba(OH)2溶液反應(yīng)的離子方程式__________________________________。

(5)常溫下,測(cè)得XY的水溶液的pH均為5,則兩種水溶液中由水電離出的H+濃度之比是_________。

(6)在一個(gè)裝有可移動(dòng)活塞的密閉容器中進(jìn)行如下可逆反應(yīng):C2(g)+3A2(g)2CA3(g)H=-92.4 kJ/mol。反應(yīng)達(dá)到平衡后,測(cè)得容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為C2:0.5 mol、A2:0.2 mol、CA3:0.2 mol,此時(shí)容器體積為1.0 L。如果保持溫度和壓強(qiáng)不變,向上述平衡體系中加入0.18 molC2,平衡將______移動(dòng)(填正向”、“逆向”)。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】下列解釋相關(guān)的離子方程式錯(cuò)誤的是

A. H2S溶于水:H2S+H2OHS-+H3O+

B. 向Na2S2O3溶液中加入稀硫酸:S2O3-+2H+=S↓+SO2↑+H2O

C. NH4Cl溶液呈酸性:NH4++H2O=NH3·H2O+H+

D. K2Cr2O7溶于水:Cr2O7-+H2O2CrO42-+2H+

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】某溫度下,某反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)平衡常數(shù)K=c(C)·c(D)/c(A)·c(B)。恒容時(shí),溫度升高,C的物質(zhì)的量濃度減小。下列說法正確的是( 。

A. 該反應(yīng)的焓變?chǔ)?/span>H>0

B. 恒溫恒容時(shí),增大體系壓強(qiáng),c(D)一定增大

C. 升高溫度,逆反應(yīng)速率減小

D. 該反應(yīng)的化學(xué)方程式可能為A(g)+B(g)C(g)+D(g)

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