【題目】中科院一項(xiàng)最新成果實(shí)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(yīng)生成乙烯,其反應(yīng)如下:2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g) ΔH>0

化學(xué)鍵

H—H

C—H

C = C

C—C

E(kJ / mol)

a

b

c

d

(1)已知相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如上表,甲烷制備乙烯反應(yīng)的ΔH=_____________ (用含a.b.c.d的代數(shù)式表示)。

(1)T1溫度時(shí),向1 L的恒容反應(yīng)器中充入2 molCH4 ,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中 0~15 min CH4的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖,測得10-15 min時(shí)H2的濃度為1.6 mol/L。

0~ 10 min內(nèi)CH4表示的反應(yīng)速率為____mol/(Lmin) o

②若圖中曲線a、曲線b分別表示在溫度T1時(shí),使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑 時(shí),達(dá)到平衡過程中n (CH4)變化曲線,其中表示催化劑表面積較大的曲線是 ________ ("a" “b”)。

15 min時(shí),若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)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(shí)驗(yàn)測得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4).c2(H2) 其中K、K為速率常數(shù)僅與溫度有關(guān),T1溫度時(shí)kK的比值為______ (填數(shù)值)。若將溫度由T1升高到T2,則反應(yīng)速率增大的倍數(shù)V ____V(選填“=”或“<”),判斷的理由是__________

(4)科研人員設(shè)計(jì)了甲烷燃料電池并用于電解。如圖所示,電解質(zhì)是摻雜了 Y2O3 ZrO2的固體,可在高溫下傳導(dǎo)O2-

C極的Pt_______ (選填” )。

②該電池工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)方程式為_____________________ 。

③用該電池電解飽和食鹽水,一段時(shí)間后收集到標(biāo)況下氣體總體積為112 mL,則陰極區(qū)所得溶液在25 0C時(shí)pH=_______ (假設(shè)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(qiáng) 12.8 溫度升高,k增大的倍數(shù)大于k CH48e+4O2=CO2+2H2O 12

【解析】

1ΔH=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能;

2)①根據(jù)v=Δc/Δt,同一反應(yīng),各物質(zhì)速率比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比分析作答;

②催化劑能加快反應(yīng)速率,催化劑表面積越大,催化效果越好;

③反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,n(CH4)減;反應(yīng)物氣體體積小于生成物,減小壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,n(CH4)減小;

3)達(dá)到平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等,有v=v,即kc2(CH4)=kc(C2H4).c2(H2),則k/k=c(C2H4c2(H2)/c2(CH4)=K,利用三段式把平衡常數(shù)K計(jì)算出來即可解答。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng);

4)①對(duì)于燃料電池,通燃料一極為負(fù)極,通氧氣一極為正極;對(duì)于電解池,連接電源正極的為陽極,連接電源負(fù)極的為陰極;

②根據(jù)圖示,燃料電池的負(fù)極是甲烷生成H2OCO2的反應(yīng);

③電解飽和食鹽水的離子方程式為,再根據(jù)氣體和OH-的比例關(guān)系計(jì)算OH-的濃度,再算出pH。

1ΔH=[2×4b-(c+4b)-2a]kJmoL-1=+(4b-c-2a) kJmoL-1,答案:+ (4b-c-2a)kJmoL-1;

2)①,v(H2)=v(CH4)=0.16mol/(L·min),答案:0.16;

②催化劑表面積越大,催化效果越好,速率越快,達(dá)到平衡所需的時(shí)間越短,所以曲線b的催化劑表面積較大,答案:b;

15 min時(shí),改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n(CH4)減小,說明平衡向消耗CH4的方向移動(dòng),所以改變的條件可能是升高溫度或減小壓強(qiáng),答案:升高溫度或減小壓強(qiáng);

32CH4(g)C2H4(g) +2H2(g)

cmol/L2 0 0

Δcmol/L1.6 0.8 1.6

cmol/L0.4 0.8 1.6

T1溫度時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù),且達(dá)到平衡時(shí)有v=v,即kc2(CH4)=kc(C2H4).c2(H2),則k/k=c(C2H4).c2(H2)/c2(CH4)=K=12.8。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),所以升高溫度,平衡正向移動(dòng),vv。答案:12.8;>;溫度升高,k增大的倍數(shù)大于k

4)①甲烷燃料電池,通燃料一極為負(fù)極,通氧氣一極為正極,所以C極為電解池的陽極,D極為電解池的陰極;答案:陽;

②根據(jù)圖示,燃料電池的負(fù)極是甲烷生成H2OCO2的反應(yīng),所以電極反應(yīng)為CH48e+4O2=CO2+2H2O,答案:CH48e+4O2=CO2+2H2O;

p>③根據(jù)離子方程式可知,電解一段時(shí)間后,共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體112mL,則所得溶液的,pH12;答案:12。

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:

【題目】下列事實(shí)可以用勒夏特列原理解釋的是(

A. 新制的氯水在光照條件下顏色變淺

B. 使用催化劑,提高合成氨的產(chǎn)量

C. 高錳酸鉀(KMnO4)溶液加水稀釋后顏色變淺

D. H2、I2、HI平衡混合氣體加壓后顏色變深

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】硅及其化合物有許多用途,回答下列問題:

(1)基態(tài)Si原子價(jià)層電子的排布圖(軌道表達(dá)式)為_________,含有長硅鏈的化合物不是氫化物,而是氯化物。主要原因是FH多了一種形狀的原子軌道,該原子軌道的形狀為___________。

(2)SiF4分子的立體構(gòu)型為_______形,SiCl4的熔、沸點(diǎn)均高于SiF4,主要原因是________________。

(3)SiF4KF反應(yīng)得K2SiF6晶體,該晶體可用于制取高純硅,K2SiF6晶體中微觀粒子之間的作用力有______。

a.離子鍵 b.共價(jià)鍵 c.配位鍵 d.分子間作用力 e.氫鍵

(4)H4SiO4的結(jié)構(gòu)簡式如圖(1),中心原子Si的軌道雜化類型為_________H4SiO4在常溫下能穩(wěn)定存在,但H4CO4不能,會(huì)迅速脫水生成H2CO3,最終生成CO2,主要原因是___________。

(5)硅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖(2)所示,若該立方晶胞的邊長為a nm,阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值為NA,則距離最近的兩個(gè)硅原子間的距離為_____nm,晶體硅密度的計(jì)算表達(dá)式為_____g/cm3

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】低碳經(jīng)濟(jì)備受關(guān)注,CO2的排集、利用與封存成為科學(xué)家研究的重要課題。

(1)將一定量的CO2(g)CH4(g)通入一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)

CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)

已知CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) △H1=802kJ·mol1

CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g) ΔH2=283kJ·mol1

CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) △H3=41kJ·mol1

則反應(yīng)CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)△H=___________。

(2)為了探究反應(yīng)CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)的反應(yīng)速率和平衡。起始時(shí),向恒容密閉容器中通入CO2CH4,使其物質(zhì)的量濃度均為1.0mol·L1

平衡時(shí),根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出兩條反應(yīng)速率與濃度關(guān)系曲線(如圖)v(CO2)v(CO),則與v(CO2)相對(duì)應(yīng)的是圖中曲線___________(”);該反應(yīng)達(dá)到平衡后,某一時(shí)刻降低溫度反應(yīng)重新達(dá)到平衡,則此時(shí)曲線甲對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為___________(“D”“E”“F”),判斷的理由______________________

又測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖,當(dāng)壓強(qiáng)為P2時(shí),在y點(diǎn):v(正)___________v(逆)(選填大于、小于等于”);壓強(qiáng)p1___________p2(選填大于、小于等于”),原因是___________

p2=6MPa,則T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___________MPa2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】實(shí)驗(yàn)測得0.01mol/LKMnO4的硫酸溶液和0.1mol/LH2C2O4溶液等體積混合后,反應(yīng)速率υ[mol/(L · s)]與反應(yīng)時(shí)間t(s)的關(guān)系如圖所示。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4==K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O

回答如下問題:

(1)0→t2時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)速率增大的原因是: _________________________________

(2)t2t時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)速率減小的原因是: _______________ ,

(3)圖中陰影部分面積表示t1→t3時(shí)間里________

A.Mn2+物質(zhì)的量濃度的增大 B.Mn2+物質(zhì)的量的增加

C.SO42-物質(zhì)的量濃度 D.MnO4-物質(zhì)的量濃度的減小

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】某溫度下,將氯氣通入NaOH溶液中,反應(yīng)得到NaCl、NaClO的混合液,經(jīng)測定溶液中的離子個(gè)數(shù)比為1:4,則該反應(yīng)中被還原與被氧化的的分子個(gè)數(shù)比為( )

A.21:5B.11:3C.5:1D.3:1

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】核安全與放射性污染防治已引起廣泛關(guān)注。在爆炸的核電站周圍含有放射性物質(zhì) -131和鈣-137。碘-131 —旦被人體吸入,可能會(huì)引發(fā)甲狀腺腫大等疾病。

(1)與鈉同主族的前四周期(包括第四周期)的三種元素X、Y、Z的第一電離能如下表:

元素代號(hào)

X

Y

Z

第一電離能/(kJ.mol)

520

496

419

基態(tài)Z原子倒數(shù)第二層電子的排布式為______。XY、Z三種元素形成的單質(zhì)熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)?/span>_______(用元素符號(hào)表示),其原因?yàn)?/span>___________ .

(2)FI同主族,BeF2分子中心原子的雜化類型為_________ ,BeF2分子是________分子(選填極性非極性”)

(3)已知高碘酸有兩種形式,化學(xué)式分別為H5IO6 HIO4 ,二者酸性強(qiáng)弱順序?yàn)?/span>:H5IO6 ________HIO4(選填">""<"“=”)。從電子云的重疊方式的角度分析,H5IO6分子中的化學(xué)鍵有________(寫出兩種).

(4)131I2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示,該晶胞中平均含有________個(gè)131I原子,晶體中碘分子的排列有_________種不同的方向。

(5)KI的晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示,每個(gè)K周圍緊鄰的K個(gè)數(shù)為_______個(gè)。KI晶體的密度為ρg.cm-3 ,KI的原子半徑分別為rkcmrI cm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA, KI晶胞中的空間利用率為_______. [空間利用率=(球體積/晶胞體積)×100%,用相關(guān)字母的代數(shù)式表示即可]

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】實(shí)驗(yàn)室以綠礬(FeSO4·7H2O)為鐵源制備補(bǔ)血?jiǎng)└拾彼醽嗚F[(NH2CH2COO)2Fe],有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)如下:

甘氨酸((NH2CH2COOH

檸檬酸

甘氨酸亞鐵

易溶于水,微溶于乙醇,兩性化合物

易溶于水和乙醇,有強(qiáng)酸性和還原性

易溶于水,難溶于乙醇

實(shí)驗(yàn)過程:

.配制含0.10molFeSO4的水溶液。

.制備FeCO3:向配制好的FeSO4溶液中,緩慢加入200mL 1.1mol·L-1NH4HCO3溶液,邊加邊攪拌,反應(yīng)結(jié)束后過濾并洗滌沉淀。

.制備(NH2CH2COO)2Fe:實(shí)驗(yàn)裝置如圖(夾持和加熱儀器已省略),將實(shí)驗(yàn)Ⅱ得到的沉淀(過量)和含0.20mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中的反應(yīng)將C中空氣排盡,接著滴入檸檬酸溶液并加熱。反應(yīng)結(jié)束后過濾,濾液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥后得到產(chǎn)品。

回答下列問題:

1)儀器P的名稱是_______。

2)實(shí)驗(yàn)Ⅰ配制FeSO4溶液時(shí),為防止FeSO4被氧化變質(zhì),應(yīng)加入的試劑為_______(填化學(xué)式)。

3)實(shí)驗(yàn)Ⅱ中,生成沉淀的離子方程式為_____。

4)實(shí)驗(yàn)Ⅲ中,

①檢查裝置A的氣密性的方法是______。

②檸檬酸可調(diào)節(jié)pH,體系pH與產(chǎn)率的關(guān)系如下表:

實(shí)驗(yàn)

1

2

3

4

5

6

7

8

體系pH

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

產(chǎn)率/%

65.74

74.96

78.78

83.13

85.57

72.98

62.31

56.86

pH過低會(huì)使產(chǎn)率下降,其原因是______;檸檬酸的作用還有_____(填字母)。

A.作催化劑

B.作反應(yīng)終點(diǎn)指示劑

C.促進(jìn)FeCO3溶解

D.防止二價(jià)鐵被氧化

③洗滌實(shí)驗(yàn)Ⅲ中得到的沉淀,所選用的最佳洗滌試劑是_____(填字母)。

A.熱水 B.稀硫酸

C.乙醇 D.檸檬酸溶液

5)若產(chǎn)品的質(zhì)量為16.32g,則產(chǎn)率為_____。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】已知:N2O4(g)2NO2(g),將裝有N2O4NO2混合氣體的燒瓶浸入熱水中,燒瓶內(nèi)混合氣體的顏色逐漸變深。下列結(jié)論不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

A. 燒瓶內(nèi)氣體的質(zhì)量不再變化

B. 燒瓶內(nèi)氣體的顏色不再變化

C. 燒瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不再變化

D. N2O4的消耗速率與NO2的消耗速率之比為1:2

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