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甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题: (1)已知:CH4(g)...

甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题:

(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=890 kJ·mol1

C2H2(g)+O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) ΔH2=1 300 kJ·mol1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=572 kJ·mol1

2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) ΔH=________kJ·mol1

(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。

①若用分别表示CH4C2H2H2和固体催化剂,在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示。从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的是________(填字母)

②在恒容密闭容器中充入a mol甲烷,测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(t)的关系如图所示,t0 ℃后CH4的转化率突减的原因可能是_______

(3)甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p,单位为Pa)与温度(t,单位为℃)的关系如图所示:

t1 ℃时,向V L恒容密闭容器中充入0.12 mol CH4,只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得p(C2H4)=p(CH4)CH4的平衡转化率为________(保留3位有效数字)若改变温度至t2 ℃,CH40.01mol/(L· s)的平均速率增多,则t1________t2(“>”“=”“<”)

②在图中,t3 ℃时,化学反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的压强平衡常数Kp=____

(4)工业上,以石墨为电极,电解亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]溶液可以制备铁氰化钾{K3[Fe(CN)6],可用于检验Fe2+},阳极的电极反应式为____________

(5)设计如图实验探究牺牲阳极的阴极保护法原理:

操作

现象

(i)取铁极附近的溶液于试管中,滴加铁氰化钾溶液

无明显现象

(ii)U形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液

产生蓝色沉淀

 

得出结论:①锌______保护铁;(不能”)

②产生蓝色沉淀可以得出铁被铁氰化钾氧化生成______

 

+378 A 温度过高,催化剂活性降低 66.7% > 1.0× 104.7 [Fe(CN)6]4--e-=[Fe(CN)6]3- 能 Fe2+ 【解析】 (1)根据已知热化学方程式,结合盖斯定律可得待求反应的热化学方程式; (2)①饱和过程分析甲烷的裂解为吸热反应,甲烷分子活化需要吸收能量; ②根据单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(to℃)的关系图示,t0后减小是和催化剂活性有关; (3)①设出CH4的转化浓度,然后根据三段式,利用c(C2H4)=c(CH4)来解答,根据改变温度后,CH4的浓度升高来判断温度的变化; ②t3℃时,化学反应2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的气体分压为:p(CH4)=103、p(H2)=104、p(C2H2)=10-1.3,压强平衡常数Kp=。 (4)电解时阳极失去电子,发生氧化反应; (5)根据Fe2+与铁氰化钾溶液生成蓝色沉淀,可说明铁被铁氰化钾氧化生成了Fe2+。 (1)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890 kJ/mol ②C2H2(g)+O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) ΔH2=-1300 kJ/mol ③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-572 kJ/mol 根据盖斯定律,将①×4-②-③×可得得到2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) ΔH=+378kJ/mol; (2)①从吸附到解吸的过程中,甲烷的裂解为吸热反应,甲烷分子活化需要吸收能量,所以能量状态最低的是A; ②t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是温度过高,导致催化剂活性降低; (3)①设CH4的开始浓度为0.3mol/L,转化浓度为xmol/L,根据反应方程式2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)中物质反应转化关系可知平衡时c(CH4)=(0.3-x)mol/L,c(C2H4)=mol/L,c(H2)=xmol/L,达到平衡时,测得p(C2H4)=p(CH4),由于容器的容积不变,气体的物质的量的比等于压强的比,可知:0.3-x=,所以x=0.2mol/L,故CH4的平衡转化率=×100%=66.7%; 反应2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)为分解反应,而分解反应绝大多数为吸热反应,因此该反应为吸热反应;改变温度后,CH4的浓度升高,即平衡左移,即温度应为降低,即t1>t2; ②将该反应的平衡常数表达式,将气体的平衡浓度换为平衡分压,t3℃时,化学反应2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的气体分压为:p(CH4)=103、p(H2)=104、p(C2H2)=10-1.3,压强平衡常数Kp===; (4)电解时阳极[Fe(CN)6]4-失去电子生成[Fe(CN)6]3-,电极反应方程式为:[Fe(CN)6]4--e-=[Fe(CN)6]3-; (5)取铁电极附近的溶液于试管中,滴加铁氰化钾溶液,无明显选项,说明Fe电极未发生反应;在U形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液生成蓝色沉淀,可说明铁被铁氰化钾氧化生成了Fe2+。
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考点分析:
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醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(NiSAl2O3FeOCaOSiO2)为原料,制取醋酸镍的工艺流程图如下:

T ℃时相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表:

金属离子

开始沉淀的pH

沉淀完全的pH

物质

T ℃时溶解性(H2O)

Fe3

1.1

3.2

CaSO4

微溶

Fe2

5.8

8.8

NiF2

可溶

Al3

3.0

5.0

CaF2

难溶

Ni2

6.7

9.5

NiCO3

Ksp1.00×105

 

(1)“酸浸前将废料粉碎,其目的是____________________

(2)调节pH步骤中,溶液pH的调节范围是________________

(3)滤渣1主要成分的化学式是CaSO4_____,滤渣3主要成分的化学式______

(4)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式:_______________

(5)酸浸过程中,1 mol NiS失去6NA个电子,同时生成两种无色有毒气体。写出该反应化学方程式:______________________

(6)沉镍过程中,若c(Ni2)=2.0 mol/L,欲使100 mL该滤液中的Ni2沉淀完全[c(Ni2)≤1.0×105 mol/L],则需要加入Na2CO3(M=106 g/mol)固体的质量最少为_____g

(7)加入醋酸进行酸溶得到醋酸镍溶液,一定条件指的是 ________________过滤、洗涤、干燥得到醋酸镍产品。

 

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焦亚硫酸钠(Na2S2O5M=190 g·mol-1)在食品加工中常用作防腐剂、漂白剂和疏松剂。焦亚硫酸钠为黄色结晶粉末,150℃时开始分解,在水溶液或含有结晶水时更易被空气氧化。焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在实验室可用如图装置制备。

已知:2NaHSO3Na2S2O5 + H2O         S2O52-+2H+=2SO2↑+H2O  

(1)实验中如果SO2通入过多,会降低Na2S2O5的产率,试解释其原因__________

(2)测定产品中焦亚硫酸钠的质量分数常用剩余碘量法(杂质不与碘反应)

已知:S2O52-+2I2+3H2O=2SO42-+4I-+6H+ 2S2O32-+I2 =S4O62-+2I-

称取0.2000 g产品放入碘量瓶中,加入40.00 mL 0.1000 mol·L-1的标准碘溶液,在暗处放置5 min,再加入适量冰醋酸及蒸馏水。用0.2000 mol·L-1的标准Na2S2O3溶液滴定剩余的碘至终点,重复操作3次,测得平均消耗标准Na2S2O3溶液20.00 mL。则产品中焦亚硫酸钠的质量分数为__________________

(3)关于本实验的说法错误的是_________

A.B装置中CCl4的作用是防止倒吸 

B.滴定时,Na2S2O3溶液应该用碱式滴定管盛放

C.滴定终点的现象是刚好变蓝色

D.滴定时间过长会导致测得产品中焦亚硫酸钠的质量分数偏高

 

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亚硝酰氯(NOCl)是有机物合成中的重要试剂,为红褐色液体或黄色气体,具有刺鼻恶臭味,遇水反应生成一种氢化物和两种氧化物。某学习小组在实验室用C12NO按如下装置(部分装置省略)制备NOCl并测定其纯度。

(1)实验室制备Cl2反应的离子方程式为___________________

(2)图中X装置制备NO的优点为________________________

(3)检验装置气密性并装入药品,打开K2,然后再打开K3,通入一段时间气体,其目的为________________,然后进行其他操作,当Z有一定量液体生成时,停止实验。

(4)若无装置Y,则ZNOCl可能发生反应的化学方程式为____________________

 

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已知常温下,0.1 mol/LNH4HCO3溶液pH=7.8。往碳酸的饱和水溶液中通入NH3,测得含氮(或含碳)各微粒的分布分数(平衡时某种微粒的浓度占各种微粒浓度之和的分数)pH的关系如图所示。下列说法错误的是 (  )

A.常温下,Kb(NH3·H2O)>Ka1(H2CO3)

B.pH=6.5的上述溶液中通入NH3时,NH4+HCO3-浓度都逐渐减小

C.NH4HCO3溶液中存在关系:c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)

D.当溶液的pH=9时,溶液中存在下列关系:c(HCO3-)>c(NH4+)>c(NH3·H2O)>c(CO32-)

 

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WXYZ为短周期元素且原子序数依次增大,Y在短周期中原子半径最大。WXZ可组成化合物甲,XYZ可组成化合物乙;将甲、乙两溶液混合,有淡黄色沉淀生成,并产生能使品红溶液褪色的无色气体。下列说法错误的是 (  )

A.Y分别与XZ组成的化合物中所含化学键类型一定完全相同

B.室温下,WXY组成的化合物的水溶液pH一定大于7

C.原子半径:Y>Z>X>W

D.简单氢化物的沸点:X>Z

 

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