Question

【题目】CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，用于生产多种化工产品。该技术中的化学反应为：CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH=+330kJ/mol

（1）下图表示初始投料比n(CH4):n(CO2)为1:3或1:4，CH4的转化率在不同温度（T1、T2）下与压强的关系。[注：投料比用a1、a2表示]

①a2=__________。

②判断T1的T2的大小关系，并说明理由：__________。

（2）CH4超干重整CO2的催化转化原理示意图如下：

①过程Ⅰ，生成1mol H2时吸收123.5kJ热量，其热化学方程式是__________。

②过程Ⅱ，实现了含氢物种与含碳物种的分离。生成H2O(g)的化学方程式是__________。

③假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全，下列说法正确的是__________。（填序号）

a．过程Ⅰ和过程Ⅱ中发生了氧化还原反应

b．过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3

c．若过程Ⅰ投料，可导致过程Ⅱ中催化剂失效

【答案】 1:4 T2>T1 正反应为吸热反应，温度升高时甲烷的转化率增大 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol 4H2+Fe3O43Fe+4H2O ac

【解析】(1). ①.在相同条件下，投料比越小，甲烷的转化率越大，据图可知，a2＞a1，故a2表示的是1:4时甲烷的转化率，故答案为：1:4；

②. 因CH4(g)+3CO2(g)2H2O(g)+4CO(g)的正反应为吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，甲烷的转化率增大，则T2>T1，故答案为：T2>T1，正反应为吸热反应，温度升高时甲烷的转化率增大；

(2). ①.在过程I中，生成1mol H2时吸收123.5kJ热量，据图可知，其热化学方程式为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol，故答案为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol；

②. 由过程II的转化关系来看，混合气体中的H2将Fe3O4还原为Fe，反应方程式为：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O，故答案为：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O；

③. a. 两个过程都有元素化合价的改变，都发生了氧化还原反应，故a正确；b. 过程II中Fe3O4最终被还原为Fe，Fe3O4不是催化剂，故b错误；c. 若初始投料比时，二者恰好按照题给方程式反应，无CO2生成，导致CaCO3无法参加反应，使催化剂中毒失效，故c正确；答案选ac。

【题型】综合题
【结束】
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【题目】工、农业废水以及生活污水中浓度较高的会造成氮污染。工业上处理水体中的一种方法是零价铁化学还原法。某化学小组用废铁屑和硝酸盐溶液模拟此过程，实验如下。

（1）先用稀硫酸洗去废铁屑表面的铁锈，然后用蒸馏水将铁屑洗净。

①除锈反应的离子反程式是__________。

②判断铁屑洗净的方法是__________。

（2）将KNO3溶液的pH调至2.5。从氧化还原的角度分析调低溶液pH的原因是__________。

（3）将上述处理过的足量铁屑投入（2）的溶液中。如图表示该反应过程中，体系内相关离子浓度、pH随时间变化的关系。请根据图中信息回答：

①t1时刻前该反应的离子方程式是__________。

②t2时刻后，该反应仍在进行，溶液中的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是__________。

（4）铁屑与KNO3溶液反应过程中向溶液中加入炭粉，可以增大该反应的速率，提高的去除效果，其原因是__________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 测最后一次洗涤液的pH，若为7，则说明铁屑已洗净（或取少量最后一次洗涤液加入BaCl2溶液，若无明显现象，则说明铁屑已洗净） 在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原 4Fe++10H+=4Fe2+++3H2O 生成的Fe2+水解 炭粉和铁构成了无数微小的原电池加快反应速率

【解析】(1). ①. 铁锈的主要成分是Fe2O3，与稀硫酸反应生成硫酸铁和水，反应的离子方程式为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，故答案为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

②. 判断铁屑是否洗净的方法是测最后一次洗涤液的pH，若为7，则说明铁屑已洗净，故答案为：测最后一次洗涤液的pH，若为7，则说明铁屑已洗净；

(2). pH调至2.5，是因为NO3－在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原，故答案为：NO3－在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原；

(3). ①. 根据图示可知，在t1时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则在t1时刻前是金属铁和硝酸之间的反应，即4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O，故答案为：4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O；

②. 根据反应4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O可知，溶液中NH4＋的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，所以原因是生成的Fe2+水解所致，故答案为：生成的Fe2+水解；

(4). 构成原电池可以加快化学反应速率，炭粉和铁屑构成了无数微小的原电池加快反应速率，故答案为：炭粉和铁构成了无数微小的原电池加快反应速率。