【题目】为应对全球石油资源口益紧缺。提高煤的利用效率,我国开发了煤制烃技术,并进入工业化试验阶段。
(1)煤气化制合成气(CO和H2):C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ/mol该反应在高温下能自发进行,理由是_____________。
(2)由合成气制甲醇:合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应:
主反应I.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
反应II.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)
①在容积均为VL的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amolCO和2 amolH2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3(T1<T2<T3)且恒定不变,若只发生反应I,在其他条件相同的情况下,实验测得反应均进行到tmin时CO的体积分数如图所示,此时三个容器中一定处于化学平衡状态的是_____(填“T1”、“T2”或“T3”):该温度下的化学平衡常数为_____(用a、V表示)。
②为减弱副反应的发生,下列采取的措施合理的是______。
A.反应前加入少量的水蒸气 B.增压
C.降低反应温度 D.使用合适催化剂,提高甲醇的选择性
(3)由甲醇制烯烃
主反应:i.2CH3OHC2H4+2H2O
ii.3CH3OHC3H6+3H2O
副反应:iii.2CH3OHCH3OCH3+H2O
某实验室控制反应温度为400℃,在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如图实验数据:(选择性:转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)
下列说法不正确的是_________。
A.反应进行一段时间后甲醇的转化率减小,可能的原因是催化剂失活,工业生产中需定期更换催化剂
B.使用Cat.2反应2h后乙烯和内烯的选择性下降,可能的原因是生成副产物二甲醚
C.使用Cat.1产生的烯烃主要为丙烯,使用Cat.2产生的烯烃主要为乙烯
D.不管使用Cat.1还是使用Cat.2都能提高活化分子的百分数
(4)已知:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。以铬酸钾为原料,电化学法备重铬酸钾的实验装置示意图如下
①a为电源的________(填“正极”或“负极”)
②该制备过程总反应的化学方程式为_________。
【答案】△H>0,△S>0 T3 AD C 负极 4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+2H2↑+O2↑+4KOH
【解析】
(1)在高温下能自发进行,根据△G=△H-T△S<0判断;
(2)①反应是从正反应方向开始,随着反应的进行,反应物不断消耗,反应物的物质的量逐渐减小,当达到平衡后,若升高温度,反应物的物质的量增多,说明反应达到平衡;根据平衡时CO的含量,计算出各种物质的平衡时的物质的量,结合容器的容积,计算出各种物质的浓度,带入平衡常数表达式即可;
②从平衡移动角度分析影响反应发生的因素;
(3) A.当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降;
B.使用Cat.2时,随反应不断进行,生成的副产物二甲醚增多,会导致生成乙烯和丙烯的选择性下降;
C.由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多;
D.催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数;
②根据图象曲线变化可知,在催化剂Cat.1的作用下,催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂Cat.1的反应过程中活化能更低
(4)H+在阴极获得电子变为H2,OH-在阳极失去电子变为O2,阴极连接电源的负极,阳极连接电源正极。根据溶液成分,结合电极反应式书写反应方程式。
(1)在高温下反应能自发进行,根据△G=△H-T△S<0,由于该反应中△H>0,所以△S>0;
(2)①该反应是从正反应方向开始,随着反应的进行,反应物不断消耗,反应物的物质的量会逐渐减小,当反应达到平衡后,若升高温度,该反应物的物质的量又增多,说明反应达到平衡,升高温度使化学平衡发生移动所致。根据图示可知T3时达到平衡状态;根据平衡常数表达式,将各种物质的平衡浓度带入公式可得其数值。
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
n(始)mol a 2a 0
n(变)mol x 2x x
n(平)mol a-x 2a-2x x
,解得x=,所以平衡时n(CO)=mol,n(H2)=mol,n(CH3OH)=mol,所以在T3时该反应的化学平衡常数K=L2/mol2。
②A.反应前加入少量的水蒸气,副反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)中由于生成物浓度增大,平衡逆向移动,减少副反应的发生,A正确;
B.副反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,促进了副反应的发生,B错误;
C.副反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)的正反应是放热反应,降低反应温度 ,平衡正向移动,促进了副反应的发生,C错误;
D.使用合适催化剂,提高甲醇的选择性,使更多CO发生主反应,可以减少副反应的发生,D正确;
故合理选项是AD;
(3)A.当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降,需要及时更换催化剂,A正确;
B.使用Cat.2时,随反应的不断进行,生成的副产物二甲醚增多,导致生成乙烯和丙烯的选择性下降,B正确;
C.由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多,即使用Cat.1时主要生成乙烯,而使用Cat.2时,产物中乙烯的含量明显大于丙烯,可见使用Cat.2时产生的烯烃也主要为乙烯,C错误;
D.使用催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数,D正确;
故合理选项是C。
(4)①在KOH、K2CrO4溶液中含有的阳离子是有H+、K+,由于放电能力H+>K+,所以H+在阴极获得电子变为H2;溶液中含有的阴离子OH-在阳极失去电子变为O2。阴极连接电源的负极,阳极连接电源正极,所以a为负极,b为正极。
②+在阴极放电产生H2逸出,使附近溶液中c(OH-)增大,溶液的碱性增强,在阳极上溶液中的OH-放电产生O2放出,阳极附近c(H+)增大,平衡2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O正向移动,可反应产生Cr2O72-,所以根据电子守恒、原子守恒,可得该电解反应的总反应方程式为4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+2H2↑+O2↑+4KOH。
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【题目】中国是最早发现并使用青铜器的国家。司母戊鼎是迄今为止出土的世界上最大、最重的青铜礼器,享有“镇国之宝”的美誉(如图1)。
(1)Cu原子的外围电子排布式为_______。
(2)图2所示为第四周期某主族元素的第一至五电离能数据,该元素是_______,I3远大于I2的原因是_______。
(3)图3是某含铜配合物的晶体结构示意图。
①晶体中H2O和SO42-的中心原子的杂化类型为_______,试判断H2O和SO42-的键角大小关系并说明原因_______。
②图3中的氢键有(H2O)O—H···O(H2O)和_______。
③写出该配合物的化学式_______。
(4)一种铜的氯化物晶胞结构如下图所示。
该化合物的化学式为_______,已知P、Q、R的原子坐标分别(0,0,0)、(1,1,1)、 (,,),若Cu原子与最近的Cl原子的核间距为a pm,则该晶体的密度计算表达式为_______。
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【题目】用NA表示阿伏伽德罗常数的数值。请回答下列问题:
(1)0.5mol SO2共含有约_______个原子,它与_______g SO3所含硫原子数相等。
(2)质量相同的①HCl、②NH3、③CO2、④O2四种气体中,在同温同压条件下,所占体积最小的是(填序号)___________。
(3)19g某二价金属氯化物(ACl2)中含有0.4mol Cl-,则ACl2的摩尔质量是_____;
(4)标准状况下某种O2和N2的混合气体m g,含有b个分子,则n g该混合气体在相同状况下所占的体积应是___________。
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【题目】某兴趣小组查阅资料得知:保险粉(Na2S2O4)和KOH的混合溶液能定量吸收O2:CuCl的盐酸溶液能定量吸收CO,且易被O2氧化。拟设计实验方案,采用上述两种溶液和KOH溶液及量气装置,测定高炉煤气中CO、CO2、N2和O2的百分组成。下列说法不正确的是
A. 采用上述3种吸收剂,气体被逐一吸收的顺序应该是CO2、O2和CO
B. 保险粉(Na2S2O4)和KOH的混合溶液吸收O2的离子方程式为2S2O42-+3O2+4OH-=4SO42-+2H2O
C. 反应结束,恢复至室温,调整水准管内液面与量气管液面齐平,可观察到量气管液面下降
D. 其他两种吸收剂不变,O2的吸收剂可以用灼热的铜网替代
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【题目】在10 L的密闭容器中,进行如下化学反应:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t/℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
请回答:
(1)该反应为____________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)该反应的化学平衡常数表达式为K =_________________________________。
(3)能说明该反应达到化学平衡状态的是________________(填字母)。
A.容器中压强不变 B.混合气体中 c(CO)不变
C.υ正(H2)=υ逆(H2O) D.c(CO2)=c(CO)
(4)某温度下,将CO2和H2各0.10 mol充入该容器中,达到平衡后,
测得 c(CO) = 0.0080 mol/L ,则CO2的转化率为______________。
(5)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为 ___________℃。
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【题目】某同学用不同方法制得白色的Fe(OH)2沉淀。
(1)用未被氧化的FeSO4溶液与煮沸过的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备,制备过程中下列说法正确的是_______
A.用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入适量盐酸防止水解
B.除去蒸馏水中溶解的O2也可以采取振摇、静止的方法
C.生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液
D.FeSO4溶液上面加一层苯可以防止空气中氧气直接与溶液接触
(2)在如图装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。在试管I 里加入稀H2SO4和铁屑,在试管II里加入NaOH溶液,打开止水夹,塞紧塞子,检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯浄时,再____(填操作步骤),这样一段时间后试管Ⅲ中制得的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,其理由是__________________。
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【题目】物质M是一种酰胺类局麻药,某研究小组以A、E两种烃为有机原料,按以下路线合成M
已知:①;②;
③。
请回答:
(1)化合物G的结构简式为______。
(2)下列说法不正确的是_________。
A.A→B为氧化反应
B.化合物G能与浓盐酸反应形成盐
C.化合物H与NaOH溶液反应最多消耗2molNaOH
D.局麻药M的分子式为C14H20N2O
(3)写出D+G→H的化学方程式:____________。
(4)写出满足下列条件的化合物F的所有同分异构体的结构简式________。
ⅰ.能与FeCl3溶液发生显色反应
ⅱ.能发生银镜反应
ⅲ.苯环上只有两个取代基且苯环上只有2种不同环境的氢原子
(5)该小组成员还提出另一种合成M的方案:化合物C与二乙胺[HN(CH2CH3)2]反应制取化合物X,X与G经一步反应即可制得药物M。请设计以烃A为原料制备化合物X的合成路线___________________________(用流程图表示,无机试剂任选)。
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【题目】NA表示阿伏加德罗常数,下列叙述正确的是
A. 1 mol甲苯含有6NA个C-H键
B. 2 L 0.5 mol L-1硫酸钾溶液中阴离子所带电荷数为NA
C. 1 mol Na2O2固体中含离子总数为4NA
D. 丙烯和环丙烷组成的42 g混合气体中氢原子的个数为6 NA
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【题目】I.甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法,制备过程涉及的主要反应如下:
反应I:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) △H1=+85.2kJ/mol
反应II:CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2
反应III:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H3=-483.6kJ/mol
(1)计算反应Ⅱ的反应热△H2=_____________________________。
(2)750K下,在恒容密闭容器中,发生反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),若起始压强为P0,达到平衡转化率为α,则平衡时的总压强P平=___________(用含P0和α的式子表示);当P0=101kPa,测得α=50.0%,计算反应平衡常数Kp=___________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,忽略其它反应)。
II.CO2既是温室气体,也是重要的化工原料,以CO2为原料可合成多种有机物。
(3)CO2用于生产乙烯,已知:2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=QkJ/mol。一定条件下,按不同的投料比X[X=]向某容积可变的恒压密闭容器中充入CO2、H2,测得不同投料比时CO2的转化率与温度的关系如图所示。
①X1_____X2(填“>”或“<”,后同),Q_____0。
②图中A、B、C三点对应的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为_____。
(4)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。
①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中c(CO32-):c(HCO3-)=_____[常温下K1(H2CO3)=4.4×10﹣7、K2(H2CO3)=5×10﹣11]。
②欲用5L Na2CO3溶液将23.3g BaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为__________。[已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10﹣7、Ksp(BaCO3)=2.5×10﹣6]。(忽略溶液体积积的变化)
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