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2.甲烷作為一種新能源在化學領域應用廣泛,請回答下列問題:
(1)高爐冶鐵過程中,甲烷在催化反應室中產生水煤氣(CO和H2)還原氧化鐵,有關反應為:
CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H=+260kJ•mol-1
已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ•mol-1,則CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式為2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=-46kJ•mol-1
(2)如圖所示,裝置Ⅰ為甲烷燃料電池(電解質溶液為KOH溶液),通過裝置Ⅱ實現(xiàn)鐵棒上鍍銅.
①a處應通入CH4(填“CH4”或“O2”),b處電極上發(fā)生的電極反應式是2H2O+O2+4e-═4OH-;
②電鍍結束后,裝置Ⅰ中溶液的pH變。ㄌ顚憽白兇蟆薄白冃 被颉安蛔儭,下同),裝置Ⅱ中Cu2+的物質的量濃度不變;
③若將裝置I中電解質溶液換成硫酸溶液,則在工作過程中H+ 移向b電極(填“a”或“b”),a處電極上發(fā)生的電極反應式為CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+
(3).若將③生成的CO24.48L(換算為標準狀況下)通入1L 0.3mol/L的NaOH溶液中,下列關系正確的是BCD
A.c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+c(CO32-
B.2c(Na+)=3[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
C.c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+
D.2c(OH-)+c(CO32-)=c(HCO3-)+3c(H2CO3)+2c(H+

分析 (1)CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H=260kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ•mol-1②,
將方程式2①+②得 2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g),根據蓋斯定律書寫熱化學反應方程式;
(2)①II中首先鍍銅,則Cu作陽極、Fe作陰極,I中a處電極為負極、b處電極為正極,負極上通入燃料、正極上通入氧化劑;甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水;
②根據I中氫氧根離子濃度變化確定溶液pH變化;II中發(fā)生電鍍,陽極上溶解的銅質量等于陰極上析出銅的質量;
③原電池中陽離子移向正極,陰離子移向負極,根據電極反應式進行計算即可.
(3)n(NaOH)=0.3mol,n(CO2)=0.2mol,二者發(fā)生CO2+3OH-=HCO3-+CO32-+H2O,生成等物質的量的NaHCO3和Na2CO3,溶液水解呈堿性,且水解程度CO32->HCO3-,結合結合CO32-+H2O?HCO3-+OH-,HCO3-+H2O?H2CO3+OH-,以及電荷守恒、物料守恒解答該題.

解答 解:(1)CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H=260kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ•mol-1②,
將方程式2①+②得 2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=-46kJ•mol-1
故答案為:2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=-46kJ•mol-1 ;
(2)①II中首先鍍銅,則Cu作陽極、Fe作陰極,I中a處電極為負極、b處電極為正極,負極上通入燃料、正極上通入氧化劑,所以a處通入的氣體是甲烷;甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水,電極反應為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O,
故答案為:CH4;CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
②根據I中電池反應為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,KOH參加反應導致溶液中KOH濃度降低,則溶液的pH減。
II中發(fā)生電鍍,陽極上溶解的銅質量等于陰極上析出銅的質量,則溶液中銅離子濃度不變,
故答案為:變小;不變;
③原電池中陽離子移向正極,H+移向b電極,陰離子移向負極,a處是負極,電極上發(fā)生失電子的氧化反應,該電極上發(fā)生的電極反應式為CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+,故答案為:b;CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+;
(3)n(NaOH)=0.3mol,n(CO2)=0.2mol,二者發(fā)生CO2+3OH-=HCO3-+CO32-+H2O,生成等物質的量的NaHCO3和Na2CO3,溶液水解呈堿性,且水解程度CO32->HCO3-,結合結合CO32-+H2O?HCO3-+OH-,HCO3-+H2O?H2CO3+OH-
A.溶液呈電中性,溶液中陰陽離子所帶電荷相等,所以c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-),故A錯誤;
B.n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)=0.2mol,n(Na+)=0.3mol,根據物料守恒得,2C(Na+)=3[c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)],故B正確;
C.n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)=0.2mol,n(Na+)=0.3mol,又存在①CO32-+H2O?HCO3-+OH-,②HCO3-+H2O?H2CO3+OH-,水解程度①>②且水解程度都較小,則c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-),則有c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),故C正確;
D.根據陰陽離子所帶電荷相等得c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)①,根據物料守恒得2c(Na+)=3[c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)]②,將方程式②-①×2得2c(OH-)+c(CO32-)=c(HCO3-)+3c(H2CO3)+2c(H+),故D正確.
故選BCD.

點評 本題考查了蓋斯定律、原電池和電解池原理,根據電解池中Cu、Fe電極上發(fā)生的反應確定燃料電池中正負極及電極上通入的氣體,再結合轉移電子相等計算,難點是電極反應式的書寫.

練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

12.下列關于鐵的敘述錯誤的是( 。
A.純凈的鐵是光亮的銀白色金屬
B.鐵能被磁鐵吸引,在磁場作用下,鐵自身也能產生磁性
C.鐵是地殼中含量最多的金屬元素,所以分布在地殼的鐵有游離態(tài)也有化合態(tài)
D.純鐵的抗蝕能力相當強,在干燥的空氣里不易被氧化

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

13.密閉容器中裝有1mol NaHCO3和0.8mol Na2O2,加熱充分反應后,容器內殘留的固體是Na2CO3、NaOH;物質的量分別為1mol、0.6mol.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

10.某工廠的廢金屬屑中主要成分為Cu、Fe和Al,此外還含有少量Al2O3和Fe2O3,該廠用上述廢金屬屑制取新型高效水處理劑Na2FeO4(高鐵酸鈉)等產品,過程如下:
Ⅰ.向廢金屬屑中加入過量的NaOH溶液,充分反應后過濾;
Ⅱ.向Ⅰ所得固體中加入過量稀H2SO4,充分反應后過濾;
Ⅲ.向Ⅱ所得固體中繼續(xù)加入熱的稀H2SO4,同時不斷鼓入空氣,固體溶解得CuSO4溶液;
Ⅳ.…
(1)步驟Ⅰ中發(fā)生反應的化學方程式為2Al+2H2O+2NaOH═2NaAlO2+3H2↑、Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O.
(2)步驟Ⅱ所得的濾液中加入KSCN溶液無明顯現(xiàn)象,表明濾液中不存在Fe3+,用離子方程式解釋其可能的原因2Fe3++Fe=3Fe2+
(3)步驟Ⅲ獲得CuSO4溶液的離子方程式為2Cu+O2+4H+═2Cu2++2H2O.
(4)步驟Ⅱ所得濾液經進一步處理可制得Na2FeO4,高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種多功能、高效無毒的新型綠色水處理劑.
①Na2FeO4中鐵元素的化合價是+6價,Na2FeO4具有較強的氧化性(填“氧化性”或“還原性”).
②用Na2FeO4給水消毒、殺菌時得到的Fe3+可以凈水,F(xiàn)e3+凈水原因是Fe3++3H2O?4Fe(OH)3(膠體)+3H+(用離子方程式表示).
③工業(yè)上可用FeCl3、NaOH、NaClO三種物質在一定條件下反應制得Na2FeO4,完成下列化學方程式:
2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+5H2O+9NaCl.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

17.氮氧化合物是大氣污染的重要因素.
(1)汽車排放的尾氣中含NO,生成NO的反應的化學方程式為N2+O2$\frac{\underline{\;放電或高溫\;}}{\;}$2NO.
(2)采取還原法,用炭粉可將氮氧化物還原.
已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.6kJ•mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ•mol-1
則反應 C(s)+2NO(g)=CO2(g)+N2(g)△H=-574.1kJ•mol-1
(3)將NO2變成無害的N2要找到適合的物質G與適當?shù)姆磻獥l件,G應為還原劑(填寫“氧化劑”或“還原劑”).下式中X必須為無污染的物質,系數(shù)n可以為0.
NO2+G$\stackrel{催化劑}{→}$N2+H2O+nX(未配平的反應式).
下列化合物中,滿足上述反應式中的G是ad(填寫字母).
a.NH3         b.CO2         c.SO2         d.CH3CH2OH
(4)治理水中硝酸鹽污染的方法是:
①催化反硝化法中,用H2將NO3-還原為N2,一段時間后,溶液的堿性明顯增強.則反應的離子方程式為:2NO3-+5H2$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N2+2OH-+4H2O.
②在酸性條件下,電化學降解NO3-的原理如圖,電源正極為:A(選填“A”或“B”),陰極反應式為:2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

7.鐵礦石是工業(yè)煉鐵的主要原料之一,其主要成分為鐵的氧化物(設雜質中不含鐵元素和氧元素,且雜質不與H2SO4反應).某研究性學習小組對某鐵礦石中鐵的氧化物的化學式進行探究.

Ⅰ.鐵礦石中含氧量的測定
①按如圖組裝儀器,檢驗裝置的氣密性;
②將10.0g鐵礦石放入硬質玻璃管中,裝置B、C中的藥品如圖所示(夾持儀器均省略);
③從左端導氣管口處不斷地緩緩通入H2,待C裝置出口處H2驗純后,點燃A處酒精燈;
④充分反應后,撤掉酒精燈,再持續(xù)通入氫氣至完全冷卻.
(1)補全步驟①的操作檢驗裝置的氣密性.
(2)裝置C的作用為防止空氣中的水蒸氣和CO2進入B中,影響測定結果.
(3)測得反應后裝置B增重2.7g,則鐵礦石中氧的質量百分含量為24%.
Ⅱ.鐵礦石中含鐵量的測定

(1)步驟④中煮沸的作用是趕走溶液中溶解的過量的Cl2
(2)下列有關步驟⑥的操作中說法正確的是bd.
a.滴定管用蒸餾水洗滌后可以直接裝液
b.錐形瓶不需要用待測液潤洗
c.滴定過程中,眼睛注視滴定管中液面變化
d.滴定結束后,30s內溶液不恢復原來的顏色,再讀數(shù)
(3)若滴定過程中消耗0.5000mol•L-1的KI溶液22.50mL,則鐵礦石中鐵的質量百分含量為70%.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

14.高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓.高鐵電池的總反應為3Zn+2K2FeO4+8H2O$?_{充電}^{放電}$3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列敘述正確的是( 。
A.充電時陽極反應為Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2
B.充電時OH-向陽極移動
C.放電時每轉移3mole-正極有1molK2FeO4被氧化
D.充電時,電源的正極應與電池的Zn(OH)2極相連

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科目:高中化學 來源: 題型:填空題

11.CO2和CH4是兩種重要的溫窒氣體,通過CH4和CO2反應制造更高價值的化學品是目前的研究方向.
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1═a kJ•mol-1
CO(g)+H2O (g)═CO2(g)+H2 (g)△H2═b kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H3═c kJ•mol-1
反應CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g) 的△H═+(a+2b?2c)KJ/mol;
(2)在一密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1mol/L的CH4與CO2,在一定條件下發(fā)生上述反應,測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖.

①判斷該反應的△H>0(填“>”“<”或“=”)
②壓強P1、P2、P3、P4 由大到小的順序為P4>P3>P2>P1
③1100℃該反應的平衡常數(shù)為1.64(保留小數(shù)點后一位)
④在不改變反應物用量的前提下,采取合理措施將Y點平衡體系轉化為X點,在轉化過程中,下列變化正確的是d(填序號)
a.v(正)一直增大   b.v(逆)一直增大
c.v(正)先減小后增大  d.v(逆)先減小后增大
(3)以Cu2Al2O4為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉化為乙酸.
①該反應的化學方程式為CO2+CH4$\frac{\underline{\;Cu_{2}Al_{2}O_{4}\;}}{\;}$CH3COOH
②將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的化學方程式為3Cu2Al2O4+32HNO3=6Cu(NO32+6Al(NO33+2NO↑+16H2O
(4)以CO2為原料可以合成多種物質.
①利用FeO吸收CO2的化學方程式為:6 FeO+CO2═2Fe3O4+C,則反應中每生成1 mol Fe3O4,轉移電子的物質的量為2mol.
②以氫氧化鉀水溶液作電解質進行電解,在銅電極上CO2可轉化為CH4,另一電極石墨連接電源的正極,則該電解反應的總化學方程式為CO2+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$CH4+2O2

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

12.已知某藥物具有抗痙攣作用,制備該藥物其中一步反應為:

下列說法不正確的是( 。
A.a中參加反應的官能團是羧基B.生活中b可作燃料和溶劑
C.c極易溶于水D.該反應類型為取代反應

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