【題目】中科院一項最新成果實現(xiàn)了甲烷高效生產(chǎn)乙烯,甲烷在催化作用下脫氫,在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應生成乙烯,其反應如下:2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g) △H >0
化學鍵 | H—H | C—H | C = C | C—C |
E(kJ / mol) | a | b | c | d |
(1)已知相關化學鍵的鍵能如表,甲烷制備乙烯反應的△H =______(用含a.b.c.d的代數(shù)式表示)。
(2)T1溫度時,向1L的恒容反應器中充入2 molCH4,僅發(fā)生上述反應,反應過程中0~15 min CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖1,測得10-15 min時H2的濃度為1.6molL-1
①0~10min內(nèi)CH4表示的反應速率為____mol/(Lmin) o
②若圖1中曲線a、曲線b分別表示在溫度T1時,使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時,達到平衡過程中n (CH4)的變化曲線,其中表示催化劑表面積較大的曲線是____(填“a”或 “b”)。
③15 min時,若改變外界反應條件,導致n( CH4)發(fā)生圖中所示變化,則改變的條件可能是________(任答一條即可)。
(3)實驗測得:v正=K正c2(CH4),v逆=K逆c(C2H4)c2(H2),其中K正、K逆為速率常數(shù)僅與溫度有關,T1溫度時k正與K逆的比值為____(填數(shù)值)。若將溫度由T1升高到T2,則反應速率增大的倍數(shù)V正____V逆(選填“>”、“<”或“=”);判斷的理由是__________
(4)科研人員設計了甲烷燃料電池并用于電解。如圖2所示,電解質(zhì)是摻雜了Y2O3與ZrO2的固體,可在高溫下傳導O2-
①C極的Pt為_____極(選填“陽”或“陰” )。
②該電池工作時負極反應方程式為_______。
③用該電池電解飽和食鹽水,一段時間后收集到標況下氣體總體積為112 mL,則電解后所得溶液在25℃時pH=_____(假設電解前后NaCl溶液的體積均為500 mL)。
【答案】+(4b-c-2a) kJmoL-1 0.16 b 升高溫度或減小壓強 12.8 > △H >0,溫度升高,k正增大的倍數(shù)大于k逆 陽 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 12
【解析】
(1)焓變=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能;
(2)①;②催化劑表面積越大,反應速率越快;③15 min時,改變外界反應條件導致n( CH4)減小,說明平衡正向移動;
(3)利用 “三段式”計算T1溫度,平衡時各物質(zhì)的量的濃度,帶入v正=K正c2(CH4),v逆=K逆c(C2H4)c2(H2)計算速率,再根據(jù)平衡時正逆反應速率相等計算k正與K逆的比值;根據(jù)升高溫度后平衡移動方向分析升溫后V正、V逆的相對大;
(4)甲烷燃料電池,通入氧氣的一極為正極、通入甲烷的一極為負極,負極是甲烷失電子生成二氧化碳和水;電解池的C極與電源的正極相連,C是陽極、D是陰極。
(1)焓變=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能,2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g) △H=8b-c -4b-2a=+(4b-c-2a) kJmoL-1;
(2)①10-15 min時H2的濃度為1.6molL-1,根據(jù)反應方程式,甲烷的濃度變化為1.6molL-1, 0~10min內(nèi)CH4表示的反應速率=0.16 mol/(Lmin);
②催化劑表面積越大,反應速率越快,表示催化劑表面積較大的曲線是b;
③2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g)正反應吸熱、氣體物質(zhì)的量增多,所以升高溫度或減小壓強,平衡正向移動, n( CH4)減小,故15 min時,改變外界反應條件可能是升高溫度或減小壓強。
(3)2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g)
開始 2 0 0
轉(zhuǎn)化 1.6 0.8 1.6
平衡 0.4 0.8 1.6
v正=K正c2(CH4)= K正(0.4)2,v逆=K逆c(C2H4)c2(H2)= K逆0.8×(1.6)2,平衡時正逆反應速率相等,即K正(0.4)2= K逆0.8×(1.6)2,k正與K逆的比值為12.8;該反應△H >0,溫度升高,平衡正向移動,所以k正增大的倍數(shù)大于k逆;
(4)①電解池的C極與電源的正極相連,C極的Pt為陽極。
②通入甲烷的一極為負極,負極是甲烷失電子生成二氧化碳和水,負極反應方程式為CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O。
③用該電池電解飽和食鹽水,電解方程式是2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,生成氣體的物質(zhì)的量是 ,則生成氫氧化鈉xmol;
2NaCl+2H2O 2NaOH+ H2+Cl2
2 2
x 0.005
x=0.005mol,c(OH-)= ,則25℃時,電解后所得溶液在pH=12。
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【題目】如下圖,a、b是石墨電極,通電一段時間后,b極附近溶液顯紅色。下列說法正確的是
A. Pt為陰極,Cu為陽極
B. b極的電極反應式是2H++2e-=H2↑
C. 電解過程中CuSO4溶液的pH逐漸增大
D. Pt極上有6.4 g Cu析出時,b極產(chǎn)生2.24 L(標準狀況)氣體
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【題目】如圖所示裝置是化學實驗室中的常用裝置,它有多種用途,以下各項用途和操作都正確的是 ( )
A.洗氣或干燥裝置:瓶內(nèi)放一定體積溶液,由a管口進氣
B.用于收集難溶于水的氣體:瓶內(nèi)充滿水,由b管口進氣
C.提供少量CO:瓶內(nèi)充滿CO,b管口接自來水龍頭
D.H2S和SO2反應的裝置:由a管口通入H2S,b管口通入SO2
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【題目】下列關于同系物和同分異構體的判斷正確的是( )
A. C5H12有4種同分異構體
B. 還有4種含有苯環(huán)的同分異構體
C. C9H20與C2H6一定互為同系物關系
D. C4H8與C2H4一定互為同系物關系
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【題目】在一定條件下,Na2S溶液中存在水解平衡:S2-+H2OHS-+OH,在溶液中加入少量CuSO4固體,HS-濃度減小。下列說法正確的是
A. 稀釋溶液,水解平衡常數(shù)增大
B. Ksp(CuS)<Ksp[Cu(OH)2]
C. 升高溫度增大
D. 加入MgCl2固體,HS-濃度減小
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【題目】向50mL Na2SO4和Na2CO3的混合溶液中加入過量的BaCl2溶液,得到4.3 g白色沉淀,向白色沉淀中再加入過量的稀HCl,充分反應后,沉淀減少到2.33 g,并有氣體產(chǎn)生。求:
(1)原混合物溶液中Na2SO4的物質(zhì)的量濃度是多少?___________
(2)產(chǎn)生多少mol CO2?___________
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【題目】氫氧化鈰[Ce(OH)4]是一種重要的稀土氫氧化物。平板電視顯示屏生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2),某課題組以此粉末為原料回收鈰,設計實驗流程如下:
下列說法錯誤的是
A. 濾渣A中主要含有SiO2、CeO2
B. 過濾操作中用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒
C. 過程②中發(fā)生反應的離子方程式為CeO2+H2O2+3H+=Ce3++2H2O+O2↑
D. 過程④中消耗 11.2L O2(已折合成標準狀況),轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2×6.02×1023
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【題目】25 ℃時,向25 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中逐滴加入0.2 mol·L-1醋酸溶液,滴定曲線如圖所示,下列說法正確的是
A. 在A、B間任一點的溶液中一定都有:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
B. 用含a的代數(shù)式表示CH3COOH的電離常數(shù)K=2.5×10—7/(0.2a-2.5)
C. C點對應的溶液中,水電離出的H+濃度大于10-7 mol·L-1
D. D點對應的溶液中,存在如下關系:c(CH3COO-)-c(CH3COOH)=2c(H+)-c(OH-)
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【題目】利用石油裂化和裂解得到的乙烯、丙烯合成丙烯酸乙酯的路線如圖所示:
已知:—CHO—COOH
下列判斷正確的是
A. 生成有機物⑥的原子利用率為100%
B. 有機物①②③④⑤⑥在一定條件下均可發(fā)生加聚反應
C. 丙烯酸乙酯在稀硫酸中不能發(fā)生水解反應
D. 有機物③④在一定條件下發(fā)生加聚反應可得
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