煤制備CH4是一種有發(fā)展前景的新技術(shù)。
I. 煤炭氣化并制備CH4包括以下反應(yīng):
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2 (g)    ΔH 1 = +131 kJ/mol 
CO(g) + H2O(g)=CO2 (g)+ H2(g)     ΔH 2 = ?41 kJ/mol  
CO(g) + 3H2 (g)=CH4 (g)+ H2O(g)    ΔH 3 = ?206 kJ/mol 
(1)寫出煤和氣態(tài)水制備CH4(產(chǎn)物還有CO2)的熱化學(xué)方程式                                   。
(2)煤轉(zhuǎn)化為水煤氣(CO和H2)作為燃料和煤直接作為燃料相比，主要的優(yōu)點有                    。
(3)寫出甲烷—空氣燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)中負極的電極反應(yīng)式                      。
II. 對以上反應(yīng)CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g)  ΔH 2 = ?41 kJ/mol，起始時在密閉容器中充入1.00 molCO和1.00 molH2O，分別進行以下實驗，探究影響平衡的因素（其它條件相同且不考慮任何副反應(yīng)的影響）。實驗條件如下表：
實驗編號
容器體積/L
溫度/°C
①
2.0
1200
②
2.0
1300
③
1.0
1200
 
(1)實驗①中c(CO2)隨時間變化的關(guān)系見下圖，請在答題卡的框圖中，畫出實驗②和③中c(CO2)隨時間變化關(guān)系的預(yù)期結(jié)果示意圖。

(2)在與實驗①相同的條件下，起始時充入容器的物質(zhì)的量：n(CO)=n(H2O)=n(CO2) =n( H2)=1.00mol。通過計算，判斷出反應(yīng)進行的方向。（寫出計算過程。）
I.（1）2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g)  ΔH  = +15 kJ/mol     （3分 ）
(2)提高煤的利用率（節(jié)約能源或節(jié)約資源）（1分）、減少污染。（1分）
(3)CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O（2分）
II. (1) 如圖所示

(2)Q＞ K  反應(yīng)向逆反應(yīng)方向（生成CO和H2O的方向）進行   （1分）

試題分析： I. (1) 根據(jù)蓋斯定律和已知方程式，煤和氣態(tài)水制備甲烷的熱化學(xué)方程式可由方程式①×2+②+③而得，所以ΔH=2ΔH 1+ ΔH 2+ΔH 3 = +15 kJ/mol ，所以熱化學(xué)方程式為：2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g)  ΔH  = +15 kJ/mol 。
(2) 煤氣化后生成水煤氣再燃燒比直接燃燒煤更加充分，提高能源利用率，同時燃煤容易產(chǎn)生酸雨，所以燃燒水煤氣還可以減少污染。
(3)用甲烷作燃料制成的堿性燃料電池中，甲烷失電子生成的CO2氣體會與溶液中的堿性介質(zhì)進一步反應(yīng)生成CO32-，所以其負極的反應(yīng)式為：CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
II. (1) CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，所以溫度升高，反應(yīng)的反應(yīng)速率加快，但使平衡逆向移動，實驗②曲線比實驗①曲線更快達到平衡，但是平衡時CO2的濃度要低一些；相比之下，實驗③比試驗①縮小了體積，即增大了壓強，由于反應(yīng)前后氣體系數(shù)不變，所以增大壓強只能增大化學(xué)反應(yīng)速率，但是不能改變平衡，因此實驗③的曲線比實驗①更快達到平衡，且平衡時CO2的濃度是實驗①的2倍。如圖

(2)整體思路：先根據(jù)實驗①充入的物質(zhì)的物質(zhì)的量和平衡時候CO2的濃度計算出在相同溫度下的平衡常數(shù)K，然后比較此時的濃度商Q與實驗①的K值的大小，從而得出反應(yīng)進行的方向。
計算過程為：
(2) 平衡時n(CO2)=0.20mol/Lx2.0L=0.40mol
CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 
起始物質(zhì)的量/mol  1.00  1.00  1.00    1.00
變化物質(zhì)的量/mol  0.40  0.40  0.40    0.40
平衡物質(zhì)的量/mol  0.60  0.60  0.40    0.40  （1分）
K=="0.44"  （2分）
Q= ==" 1.0" （1分）
Q＞ K    反應(yīng)向逆反應(yīng)方向（生成CO和H2O的方向）進行   （1分）
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

苯乙烯是重要的基礎(chǔ)有機原料。工業(yè)中用乙苯（C6 H5- CH2 CH3）為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯（C6 H5- CH= CH2）的反應(yīng)方程式為：
C6 H5- CH2 CH3 (g)C6 H5- CH=CH2 (g) +H2(g)    ΔH1
(1)向體積為VL的密閉容器中充入a mol乙苯，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，平衡體系組成（物質(zhì)的量分數(shù)）與溫度的關(guān)系如圖所示：

由圖可知：在600℃時，平衡體系中苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)為25%，則：
① 氫氣的物質(zhì)的量分數(shù)為          ；乙苯的物質(zhì)的量分數(shù)為          ；
② 乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為          ；
③ 計算此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)（請寫出計算過程）。
（2） 分析上述平衡體系組成與溫度的關(guān)系圖可知：△H1     0（填“＞、=或＜” ­)。
（3）已知某溫度下，當壓強為101.3kPa時，該反應(yīng)中乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為30%；在相同溫度下，若反應(yīng)體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率     30%（填“＞、=、＜” ­)。
（4）已知：
3C2 H2 (g) C6 H6 (g)  ΔH2
C6 H6 (g)  + C2H4 (g)  C6 H5- CH2CH3 (g)      ΔH3
則反應(yīng)3C2H2 (g)+ C2H4 (g)  C6 H5- CH=CH2 (g) +H2(g) 的ΔH=            。

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：單選題

已知C2H5OH(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－a kJ/mol
C2H5OH(g)=C2H5OH(l)　ΔH2＝－b kJ/mol
H2O(g)=H2O(l)　ΔH3＝－c kJ/mol
若使92 g酒精液體完全燃燒，最后恢復(fù)到室溫，則放出的熱量(單位kJ)為（  ）
A．4a＋4b＋4cB．2a－2b＋6c
C．2a－2b＋2cD．2a－6b＋2c

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

已知：①將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣的主要化學(xué)反應(yīng)為C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)；②C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
C(s)＋O2(g)=CO2 (g)；ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)；ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(g)；ΔH＝－242.0 kJ·mol－1
請回答：
(1)根據(jù)以上信息，寫出CO與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：____________________________。

(2)如圖是根據(jù)蓋斯定律做出的循環(huán)圖，根據(jù)圖的轉(zhuǎn)化關(guān)系和熱化學(xué)方程式計算ΔH3＝________kJ/mol。
請比較ΔH1與ΔH3數(shù)值是否可以說明用水煤氣做燃料要比直接燃煤放出的熱量多________(是或否)原因是___________________________________。
(3)目前煤的運輸還主要靠鐵路運輸和公路運輸，你能在所學(xué)知識基礎(chǔ)上提出緩解鐵路和公路運輸?shù)姆椒ǎ篲___________________________。

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。
(1)工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1
反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟”原則的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。
溫度
250 ℃
300 ℃
350 ℃
K
2.041
0.270
0.012
 
由表中數(shù)據(jù)判斷，ΔH1______0(填“＞”、“＝”或“＜”)。
③某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol·L－1，則CO的轉(zhuǎn)化率為________，此時的溫度為________(從上表中選擇)。
(2)已知在常溫常壓下：
①2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(g)    ΔH1＝－1 275.6 kJ·mol－1
②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)    ΔH2＝－566.0 kJ·mol－1
③H2O(g)=H2O(l)　ΔH3＝－44.0 kJ·mol－1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：
__________________________________________________________。

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

制備鋅印刷電路板是用稀硝酸腐蝕鋅板，產(chǎn)生的廢液稱“爛板液”�！盃�板液”中含硝酸鋅外，還含有自來水帶入的Cl—和Fe3+。在實驗室里，用“爛板液”制取ZnSO4·7H2O的過程如下：

（1）若稀硝酸腐蝕鋅板時還原產(chǎn)物為N2O，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是       。
（2）若步驟①的pH>12，則Zn(OH)2溶解生成四羥基合鋅酸鈉。寫出Zn(OH)2被溶解的離子方程式                                                。
（3）濾液D中除了含有OH—離子外，還含有的陰離子有             （填離子符號）。
（4）若濾液E的pH=4，c(Zn2+)=2mol·L-1，c(Fe3+)=2.6×l0-9mol·L-1，能求得的溶度積是       （填選項）。
A.Ksp[Zn(OH)2]    B.Ksp[Zn(OH)2]和Ksp[Fe(OH)3]    C.Ksp[Fe(OH)3]
（5）步驟③要控制pH在一定范圍。實驗室用pH試紙測定溶液pH的方法是：                  　　 。
（6）已知：①Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq) ； ΔH=" a" kJ?mol-1
②H2O(l)  H+(aq)+OH-(aq) ；ΔH=" b" kJ?mol-1
請寫出Fe3+發(fā)生水解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：                             。
若①的溶度積常數(shù)為KSP，②的離子積常數(shù)為KW，F(xiàn)e3+發(fā)生水解反應(yīng)的平衡常數(shù)：
K=                 。（用含KSP、KW的代數(shù)式表示）

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

二甲醚（CH3OCH3）是一種重要的精細化工產(chǎn)品，被認為是二十一世紀最有潛力的燃料[ 已知：CH3OCH3(g)+3O2(g)＝2CO2(g)+3H2O（1） △H＝－1455kJ/mol ]。同時它也可以作為制冷劑而替代氟氯代烴。工業(yè)上制備二甲醚的主要方法經(jīng)歷了三個階段：
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇氣體在催化作用下直接脫水制二甲醚； 2CH3OH CH3OCH3＋H2O
②合成氣CO與H2直接合成二甲醚： 3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)  △H＝－247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備二甲醚。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇工業(yè)流程如下：

（1）寫出CO(g)、H2(g)、O2(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2O（1）的熱化學(xué)方程式（結(jié)果保留一位小數(shù)）                                                
（2）在反應(yīng)室2中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)在密閉容器中達到平衡后，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是     
A．低溫高壓   B．加催化劑    C．增加CO濃度   D．分離出二甲醚
（3）在反應(yīng)室3中，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應(yīng)：3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O (g) △H＜0反應(yīng)達到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應(yīng)混合物CH3OH“物質(zhì)的量分數(shù)”變化情況如圖所示，關(guān)于溫度（T）和壓強（P）的關(guān)系判斷正確的是   （填序號）

A．P3＞P2   T3＞T2       B．P2＞P4   T4＞T2
C．P1＞P3   T1＞T3       D．P1＞P4   T2＞T3
（4）反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H＞0寫出平衡常數(shù)的表達式：                          
如果溫度降低，該反應(yīng)的平衡常數(shù)             （填“不變”、“變大”、“變小”）

（5）如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖則a電極的反應(yīng)式為：________________

（6）下列判斷中正確的是_______
A．向燒杯a中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，有藍色沉淀生成
B．燒杯b中發(fā)生反應(yīng)為2Zn-4eˉ ＝2Zn2+
C．電子從Zn極流出，流入Fe極，經(jīng)鹽橋回到Zn極
D．燒杯a中發(fā)生反應(yīng)O2 + 4H++ 4eˉ ＝ 2H2O，溶液pH降低

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2和O2反應(yīng)，其能量變化示意圖如下：

寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：________________。
（2）二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體，可作為一種新型能源。由合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制備二甲醚，其中的主要過程包括以下四個反應(yīng)：
甲醇合成反應(yīng)：
(ⅰ)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH1＝－90.1 kJ·mol－1
(ⅱ)CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2＝－49.0 kJ·mol－1
水煤氣變換反應(yīng)：
(ⅲ)CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH3＝－41.1 kJ·mol－1
二甲醚合成反應(yīng)：
(ⅳ)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH4＝－24.5 kJ·mol－1
由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學(xué)方程式為_______________。
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強對直接制備二甲醚反應(yīng)的影響_________________。

查看答案和解析>>

科目：高中化學(xué) 來源：不詳 題型：填空題

中國政府承諾,到2020年,單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。
（1）有效減碳的手段之一是節(jié)能,下列制氫方法最節(jié)能的是　　　　。 
A.電解水制氫:2H2O2H2↑+O2↑
B.高溫使水分解制氫:2H2O2H2↑+O2↑
C.太陽光催化分解水制氫:2H2O2H2↑+O2↑
D.天然氣制氫:CH4+H2OCO+3H2
（2）CO2可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1 L的密閉容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定條件下反應(yīng):CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）　ΔH="-49.0" kJ/mol,測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示。

①從3 min到9 min,v（H2）=　　　　mol/（L·min）。 
②能說明上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是　　　　（填編號）。 
A.反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1（即圖中交叉點）
B.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C.單位時間內(nèi)消耗3 mol H2,同時生成1 mol H2O
D.CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
（3）工業(yè)上,CH3OH也可由CO和H2合成。參考合成反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常數(shù):
溫度/℃
0
100
200
300
400
平衡常數(shù)
667
13
1.9×1
2.4×1
1×1
 
下列說法正確的是　　　　。 
A.該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B.該反應(yīng)在升高溫度時,CH3OH（g）的體積分數(shù)減小,說明v正（CH3OH）減小,v逆（CH3OH）增大
C.在T ℃時,1 L密閉容器中,投入0.1 mol CO和0.2 mol H2,達到平衡時,CO轉(zhuǎn)化率為50%,則此時的平衡常數(shù)為100
D.工業(yè)上采用稍高的壓強（5 Mpa）和250 ℃,是因為此條件下,原料氣轉(zhuǎn)化率最高

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案