7.天然氣制油是利用天然氣生產(chǎn)汽油和煤油等液體燃料的方法,這種合成油不含硫、氮化合物等雜質(zhì),因此也被稱作是“綠色燃料”,其主要工作原理包含合成氣生成和F-T合成兩個過程,其中合成氣生成主要化學(xué)反應(yīng)為:
主反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=+206kJ•mol-1
副反應(yīng):CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165kJ•mol-1
已知合成氣生成過程中,溫度、壓強(qiáng)和水碳比[$\frac{n({H}_{2}O)}{n(C{O}_{2})}$]對甲烷平衡含量(%)的影響如圖1:

回答下列問題:
(1)反應(yīng)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)的△H=+41kJ•mol-1
(2)CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫.
若在恒溫、恒壓時,向該平衡體系中通入氦氣平衡將向正反應(yīng)方向移動(填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不移動”),甲烷的轉(zhuǎn)化率將增大,平衡常數(shù)不變.(填“增大”、“減小”或“不變”)
(3)其他條件不變,請在圖2中用虛線畫出壓強(qiáng)為2MPa時,甲烷平衡含量(%)與水碳比之間的關(guān)系曲線.
(4)已知:在700℃,1MPa時,2mol CH4與2mol H2O在2L可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng):
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)是6.75.
(5)合成氣生成過程中,降低反應(yīng)體系中CO2生成量的措施有B.
A.增大容器體積,降低體系壓強(qiáng)
B.在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度
C.適當(dāng)降低水碳比
D.選擇合適、更高效的催化劑
E.向該反應(yīng)體系中投入活性炭
(6)某研究機(jī)構(gòu)在合成氣生成過程中,保持容器體積和原料氣比例不變,適當(dāng)加入CaO和合適的催化劑以獲得純度95%以上的H2,試解釋原因催化劑加快反應(yīng)進(jìn)行,加入氧化鈣和二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鈣,獲得純度95%以上的H2

分析 (1)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算;
(2)根據(jù)圖象中可以看出升高溫度,反應(yīng)速率加快,甲烷的百分含量減小,平衡向正反應(yīng)方向移動,焓變大于0,反應(yīng)前后氣體體積增大熵變大于0,結(jié)合反應(yīng)蒸發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)分析,平衡常數(shù)隨溫度變化;
(3)根據(jù)壓強(qiáng)不變時,甲烷的百分含量隨水碳比增大而減小來畫出曲線;
(4)利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度,再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v(H2),代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c(CO){c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})c({H}_{2}O)}$計算其平衡常數(shù);
(5)CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165kJ•mol-1 ,反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng),降低反應(yīng)體系中CO2生成量,可以改變條件使平衡逆向進(jìn)行,據(jù)此分析判斷選項;
(6)保持容器體積和原料氣比例不變,適當(dāng)加入CaO和合適的催化劑以獲得純度95%以上的H2,利用氧化鈣的性質(zhì)分析;

解答 解:(1)①CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=+206kJ•mol-1
②CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165kJ•mol-1
蓋斯定律計算①-②得到CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)的△H=+41KJ/mol,
故答案為:+41KJ/mol;
(2)CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),反應(yīng)△H>0,△S>0,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是△H-T△S<0,則反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫條件下,
若在恒溫恒壓時,向該平衡體系中通入氦氣,使容器體積變大,平衡向氣體體積增大的方向移動,即向正反應(yīng)方向移動,甲烷轉(zhuǎn)化率增大,平衡常數(shù)隨溫度變化,溫度不變平衡常數(shù)不變,
故答案為:高溫;向正反應(yīng)方向;增大;不變;
(3)其他條件不變,壓強(qiáng)為2MPa時,CH4平衡含量隨水碳比的增大而減小,其關(guān)系曲線為;
故答案為:;
(4)已知:在700℃,1MPa時,2mol CH4與2mol H2O在2L可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng),CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,根據(jù)化學(xué)平衡三段式計算
                  CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)
起始濃度(mol/L):1        1       0      0
變化濃度(mol/L):0.5     0.5      0.5     1.5
平衡濃度(mol/L):0.5     0.5      0.5     1.5
平衡常數(shù)K=$\frac{c(CO){c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.5×1.{5}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75,
故答案為:6.75;
(5)CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165kJ•mol-1 ,反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng),降低反應(yīng)體系中CO2生成量,平衡逆向進(jìn)行,
A.增大容器體積,降低體系壓強(qiáng),平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行,平衡正向進(jìn)行二氧化碳生成量增大,故A錯誤;
B.反應(yīng)是吸熱反應(yīng),降低溫度平衡向法人反應(yīng)方向進(jìn)行,在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度,使平衡逆向進(jìn)行,二氧化碳量減少,故B正確;
C.適當(dāng)降低水碳比,二氧化碳生成量會增大,故C錯誤;
D.選擇合適、更高效的催化劑,只能改變化學(xué)反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡,二氧化碳生成量不變,故D錯誤;
E.向該反應(yīng)體系中投入活性炭是固體不影響化學(xué)平衡移動,故E錯誤;
故選B,
故答案為:B;
(6)保持容器體積和原料氣比例不變,適當(dāng)加入CaO和合適的催化劑以獲得純度95%以上的H2,催化劑加快反應(yīng)進(jìn)行,加入氧化鈣和二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鈣,獲得純度95%以上的H2
故答案為:催化劑加快反應(yīng)進(jìn)行,加入氧化鈣和二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鈣,獲得純度95%以上的H2;

點評 本題比較綜合,涉及反應(yīng)熱計算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、反應(yīng)速率與平衡常數(shù)計算等,是對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用,注意掌握蓋斯定律計算反應(yīng)熱,難度中等.

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:解答題

14.由水鈷礦[主要成分為Co2O3、Co(OH)3,還含有少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2•6H2O的工藝流程如下:

已知:①浸出液中含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等.
②流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表.
沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2
開始沉淀2.77.67.64.07.7
完全沉淀3.79.69.25.29.8
③CoCl2•6H2O熔點為86℃,加熱至110-120℃時,失去結(jié)晶水生成CoCl2
回答下列問題:
(1)浸出過程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Co2O3+Na2SO3+4HCl=2CoCl2+Na2SO4+2H2O
(2)NaClO3在浸出液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O
(3)“加Na2CO3調(diào)pH至5.2”,過濾所得濾渣的主要成分為Fe(OH)3、Al(OH)3(填化學(xué)式).
(4)萃取劑對金屬離子的萃取與溶液pH的關(guān)系如圖2所示,向“濾液”中加入萃取劑的目的是除去溶液中的Mn2+,其使用的最佳pH范圍是B(填選項字母)
A.2.0-2.5   B.3.0-3.5C.4.0-4.5   D.5.0-5.5
(5)制得的CoCl2•6H2O在烘干時需減壓烘干的原因是降低烘干溫度,防止產(chǎn)品分解.為測定粗產(chǎn)品中CoCl2•6H2O含量.稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水,加入足量AgNO3溶液,過濾、洗滌,將沉淀烘干后稱其質(zhì)量.通過計算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl2•6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%,其原因可能是(寫兩條):①粗產(chǎn)品含有可溶性氯化物,②晶體失去了部分結(jié)晶水.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.常溫下,下列溶液中呈酸性的是( 。
A.pH=2的溶液B.c(H+)=1×10-7mol/L的溶液
C.c(OH-)=1×10-5mol/L的溶液D.pH=9的溶液

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.25℃時,將pH=a的氫氧化鈉溶液與pH=b的醋酸溶液等體積混合,二者恰好完全反應(yīng),則該溫度下醋酸的電離平衡常數(shù)均為(  )
A.1014-a-2bB.10a+b-14C.10a-2bD.10a-2b+14

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

2.下列物質(zhì)的制備原理設(shè)計步驟合理的是( 。
A.S$→_{點燃}^{O_{2}}$SO3$\stackrel{H_{2}O}{→}$ H2SO4
B.Fe $→_{點燃}^{Cl_{2}}$ FeCl2$\stackrel{NaOH溶液}{→}$ Fe(OH)2
C.AlCl3(溶液)$\stackrel{蒸發(fā)}{→}$ AlCl3$\stackrel{電解}{→}$ Al
D.NaCl(飽和溶液)$\stackrel{依次通入NH_{3}、CO_{2}}{→}$  NaHCO3$\stackrel{△}{→}$Na2CO3

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

12.常溫下,用20mL0.1000mol/L NaOH溶液滴定20mL 0.1000mol/L CH3COOH溶液所得滴定曲線如圖.下列說法不正確的是( 。
A.滴定過程中可能出現(xiàn):c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-
B.a點所示溶液中:c(Na+)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-
C.d點所示溶液中:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+
D.b和c點所示溶液中:c(OH-)-c(H+)=c(Na+)-c(CH3COO-

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:多選題

19.常溫下PH=2的一元酸HA與PH=12的KOH溶液等體積混合,所得溶液顯酸性.現(xiàn)將amol/LHA bmol/LKOH等體積混合,下列有關(guān)的推斷正確的是(  )
A.若a>b,一定存在c(A-)=c(K+B.若a=2b,一定存在c(A-)>c(K+
C.若2a=b,一定存在c(OH-)>c(A-D.若a=b,一定存在c(OH-)=c(H+)+c(HA)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

16.銅是常見的變價金屬.為了比較正一價銅和正二價銅的穩(wěn)定性,并研究氧化銅的氧化性,某化學(xué)小組的同學(xué)進(jìn)行了以下實驗.
【實驗一】比較正一價銅和正二價銅的穩(wěn)定性.
取一定量的氫氧化銅固體,于坩堝中灼燒,當(dāng)溫度達(dá)到80~100℃得到黑色固體粉末;繼續(xù)加熱至1000℃以上,黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅;取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中,加入過量的稀硫酸,得到藍(lán)色溶液,同時觀察到試管底部還有紅色固體存在.
(1)從[實驗一]可得出的結(jié)論是高溫時,+1價的銅比+2價的銅穩(wěn)定,而溶液中,+2價的銅比+1價的銅穩(wěn)定.
(2)氫化亞銅(CuH)難溶于水,但能溶于稀硫酸并放出氫氣,寫出其反應(yīng)的離子方程式Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O.
【實驗二】探究氧化銅的氧化性.
如圖裝置(夾持裝置未畫出),某種氣態(tài)烴(X)緩緩?fù)ㄟ^灼熱的氧化銅時,觀察到氧化銅由黑色變成了紅色,無水硫酸銅變成藍(lán)色,生成物中還有一種能使澄清石灰水變渾濁的氣體Y;將X通入灼熱的CuO燃燒管完全反應(yīng)后,消耗0.01mol X,測得B裝置增重0.54g,并收集到0.88g氣體Y.

(3)X氣體的摩爾質(zhì)量是30g/mol.
(4)C中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為7CuO+C2H6$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+2CO2↑+3H2O.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

17.R原子的3p軌道上只有一個未成對電子,則R原子可能是Al、Cl;X原子在第二能層上只有一個空軌道,則X是C;Y原子的核電荷數(shù)為33,其電子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p3,其在元素周期表中的位置是第四周期第VA族.

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同步練習(xí)冊答案