【题目】中科院一项新研究成果实现了甲烷高效生产乙烯,其反应为:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH>0
物质 | 燃烧热(kJ/mol) |
氢气 | 285.8 |
甲烷 | 890.3 |
乙烯 | 1411.5 |
(1)已知相关物质的燃烧热如表,完成热化学方程式:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=__。
(2)温度为T1℃时,向1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4,仅发生上述反应,反应0~15 min CH4的物质的量随时间变化如图1,实验测得10~15 min时H2的浓度为1.6 mol/L。
①若图1中曲线a、b分别表示在T1℃时,使用等质量的两种不同的催化剂时,达到平衡过程中n(CH4)变化曲线,判断:催化剂a_____b(填“优于”或“劣于”)。
②在15 min时改变反应条件,导致n(CH4)发生变化(见图1),则改变的条件可能是:_____(任答一条即可)。
(3)实验测得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)·c2(H2),其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关,温度为时,k正与k逆的比值为______(填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数v正_______ v逆(填“>”、“=”或“<”),判断的理由是_________。
(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解(如图2)。电解质是掺杂了Y2O3与ZrO2的固体,可在高温下传导O2-。
①图中C处的Pt为_______(填“阴”或“阳”)极。
②该电池工作时负极的电极反应式为________。
③用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标准状况下气体总体积为112 mL,则阴极区所得溶液在25℃时pH=_______(假设电解前后NaCl溶液的体积均为500 mL)。
【答案】+202.5 kJ/mol 劣于 升高温度或减小压强 12.8 > 升高温度,正、逆反应速率都加快,平衡正向移动,v(正)>v(逆),说明正反应速率增大的倍数多于逆反应速率增大的倍数 阳 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 12
【解析】
(1)根据已知条件,可得热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)=H2O(l) ;ΔH=-285.8 kJ/mol;
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l); ΔH=-890.3 kJ/mol;
③C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ;ΔH=-1411.5kJ/mol;
根据盖斯定律,将②×2-①×2-③,整理可得:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.5 kJ/mol;
(2)①若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n(CH4)变化曲线,可知:b催化剂表面积大,反应速率越快,达到平衡所需时间越短,先达到平衡,该催化剂性能好,b先达到平衡,说明催化剂a劣于催化剂b;
②15 min时,若改变外界反应条件,n(CH4)发生图中所示变化,物质的量随时间变化减小,说明平衡正向进行,正反应为气体体积增大的吸热反应,升高温度或减小压强,平衡正向进行,符合图象变化,故改变的条件是升高温度或减小压强;
(3) v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)·c2(H2),其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关,温度不变平衡常数不变,反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相同,得到T1温度时k正与k逆的比值;k正c2(CH4)=k逆c(C2H4)·c2(H2), ,对于反应2CH4(g)
C2H4(g)+2H2(g) ,反应开始时n(CH4)=2 mol,n(C2H4)=n(H2)=0,反应达到平衡时,H2的浓度为1.6 mol/L,由于容器的容积是1 L,所以平衡时气体的物质的量与浓度数值相等,各种物质的平衡浓度分别是:c(CH4)=(2 -1.6)mol/L=0.4 mol/L,n(C2H4)=0.8 mol/L,n(H2)=1.6 mol/L,因此平衡时K=
mol/L=12.8 mol/L,即
=12.8 mol/L;升高温度,正、逆反应速率都加快。由于该反应的正反应为吸热反应,根据平衡移动原理:升高温度,平衡向吸热反应方向移动,说明正反应速率增大的倍数大于逆反应速率增大的倍数,速率增大后,由于v(正)>v(逆),使化学平衡正向移动;
(4)①甲烷燃料电池中通入甲烷的电极为原电池负极,通入氧气的电极为原电池的正极,C极与原电池的正极连接为阳极;
②在原电池负极,CH4失去电子生成CO2,传导离子是O2-,结合电荷守恒、原子守恒,可得负极的电极反应式:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O;
③n(H2+Cl2)==0.005 mol,根据电解反应方程式:2NaCl+2H2O
Cl2↑+H2↑+2NaOH,可知每反应产生2 mol气体,同时在阴极得到2 mol NaOH,现在反应产生0.005 mol气体,因此反应产生了0.005 mol NaOH,由于溶液的体积是0.5 L,则阴极附近溶液中c(NaOH)=
=0.01 mol/L,在室温下水的离子积常数Kw=10-14(mol/L)2,c(H+)=
mol/L=10-12 mol/L,所以溶液的pH=12。
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【题目】短周期元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大,它们组成一种团簇分子Z2M2Y4(YX)2,其结构如图所示,其中X、M的族序数均等于周期序数,Y原子核外最外层电子数是其电子总数的3/4。下列说法正确的是
A.简单离子半径:Z > M > Y > X
B.Z和M的单质均能溶于NaOH溶液
C.X和Y形成的X2Y2是离子化合物
D.Z的最高价氧化物的水化物是中强碱
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【题目】如图是硫酸试剂标签上的部分内容。请回答下列问题:
(1)该浓硫酸中溶质、溶剂分子数目之比为___,现用该浓H2SO4来配制480mL、0.3mol·L-1的稀H2SO4,需量取该浓H2SO4的体积为___mL。
(2)配制时,下列仪器中必须使用___(填代号),还缺少的仪器是___、___。
①托盘天平(带砝码) ②10mL量筒 ③20mL量筒 ④烧杯 ⑤玻璃棒 ⑥100mL容量瓶 ⑦漏斗 ⑧烧瓶
(3)在配制过程中,下列操作中能使所配溶液的浓度偏高的有___(填代号)。
①用量筒量取98%的硫酸时俯视
②洗涤量取浓硫酸的量筒,并将洗涤液转移到容量瓶中
③未等稀释后的H2SO4溶液冷却至室温就转移到容量瓶中
④转移前,容量瓶中含有少量蒸馏水
⑤定容时,加蒸馏水超过标线,又用胶头滴管吸出
⑥定容摇匀后,发现液面低于标线,又用胶头滴管加蒸馏水至标线
⑦定容时,仰视刻度线
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【题目】氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)是提取稀土化合物、冶炼铈的重要矿物原料,根据如图以氟碳铈矿为原料提取铈的工艺流程图,回答问题:
(1)CeFCO3中Ce的化合价为_____;氧化焙烧时不能使用陶瓷容器,原因是______。
(2)氧化焙烧后的产物之一为CeO2,则酸浸时发生反应的离子方程式为_________。
(3)HT是一种难溶于水的有机溶剂,则操作I的名称为________。
(4)为了提高酸浸率,可以适当提高反应温度,但温度偏高浸出率反而会减小,其原因是__________。
(5)已知有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来,该过程可表示为:Ce3+(水层)+3HT(有机层)CeT3(有机层)+3H+(水层)。向CeT3(有机层)中加入稀硫酸能获得较纯的含Ce3+水溶液,从平衡角度解释其原因:________。
(6)写出向Ce(OH)3悬浊液中通入氧气得到产品Ce(OH)4的化学方程式:________。
(7)298K时,向c(Ce3+)=0.02 mol/L的溶液中加入氢氧化钠来调节溶液的pH,若反应后溶液pH=10,此时Ce3+是否沉淀完全?______。(要求列式计算,已知:Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20,c(Ce3+)<1.0×10-5 mol/L视为沉淀完全)。
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【题目】反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一密闭容器中进行,则下列说法或结论中,正确是( )
A.保持压强不变,充入少量氦气,反应速率会减小
B.若v(CO)=v(H2O),则反应达平衡状态
C.其他条件不变,适当增加C(s)的质量会使反应速率增大
D.其他条件不变,仅将容器的体积缩小一半,反应速率减小
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【题目】如图是中学化学实验中常见的制备气体并进行某些物质的检验和性质实验的装置,A是制备气体的装置,C、D、E、F中盛装的液体可能相同,也可能不同。试回答:
(1)如果A中的固体物质是碳,分液漏斗中盛装的是浓硫酸,试写出发生的化学反应方程式:____,若要检验生成的产物,则B、C、D、E、F中应分别加入的试剂为__、__、__、__、__,E中试剂和C中相同,E中试剂所起的作用__,B装置除可检出某产物外,还可起到__作用。
(2)若进行上述实验时在F中得到10.0 g固体,则A中发生反应转移的电子数为__个。
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【题目】苯乙烯是中学化学常见的一种有机物,结构简式如图所示,以下说法正确的是( )
A.1 mol该物质与溴水充分反应,消耗4mol
B.该分子中最多有16个原子共平面
C.该分子中最多有7个C原子共平面
D.该分子中最多有4个C原子共直线
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【题目】液氨与水性质相似,也存在微弱的电离:2NH3 NH4++NH2—,其离子积常数K=c(NH4+)·c(NH2—)=2×l0-30,维持温度不变,向液氨中加入少量NH4Cl固体或NaNH2固体,不发生改变的是
A. 液氨的电离平衡 B. 液氨的离子积常数
C. c(NH4+) D. c(NH2—)
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【题目】一定量的铁粉在氯气中充分燃烧后,将所得固体完全溶于稀盐酸,制得溶液A。
(1)铁在氯气中燃烧的化学方程式是____________________________。
(2)推测A中可能含有的金属阳离子:①Fe3+;②只有Fe2+;③______。
甲同学为探究溶液的组成,实验如下:
实验步骤 | 实验现象 | 实验结论及反应离子方程式 |
取少量溶液A于试管中,加入KSCN溶液。 | ________ | 假设②不成立,假设①或③成立;反应的离子方程式是_____________ 。 |
(3)乙同学继续探究溶液A的组成。
查阅资料:16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
实验过程:另取少量溶液A于试管中,逐滴加入酸性KMnO4溶液,充分振荡,KMnO4紫色褪去。
实验结论:__________(填写字母序号)。
a.可能有Fe2+ b.可能无Fe2+ c.一定有Fe2+
(4)结论:A中含有的阳离子是_________,简述理由:________________。
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