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甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上,储量巨大,充分利用甲烷对人类的未来...

甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上,储量巨大,充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。

(1)乙炔(CH≡CH)是重要的化工原料。工业上可用甲烷裂解法制取乙炔,反应为:2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)。甲烷裂解时还发生副反应: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)。甲烷裂解时,几种气体平衡时分压(Pa)的对数即lgP与温度(℃)之间的关系如图所示。

①1725℃时,向恒容密闭容器中充入CH4,达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为_______

②1725℃时,若图中H2的lgP=5,则反应2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)的平衡常数Kp=_________(注:用平衡分压Pa代替平衡浓度mol/L进行计算)。

③根据图判断,2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)△H_____0(填“>”或“<”)。由图可知,甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率,除改变温度外,还可采取的措施有_______

(2)工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气(CO、H2),发生反应为:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)  △H>0  

图中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷含量曲线,其中表示1MPa的是________(填字母)。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件,运用化学反应速率和平衡知识,同时考虑实际生产,说明选择该反应条件的主要原因是__________

(3)利用CH4、CO2在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体,在能源和环境上具有双重重大意义。重整过程中的催化转化原理如图所示:

已知: CH4(g)+ H2O(g) CO (g )+ 3H2(g)    △H =+206.2 kJ/mol

CH4(g)+ 2H2O(g) CO2(g )+4H2(g)   △H =+158.6 kJ/mol

则:

①过程II中第二步反应的化学方程式为__________

②只有过程I投料比=______,过程II中催化剂组成才会保持不变。

③该技术总反应的热化学方程式为_______________

 

62.5% 1×1013 > 充入适量乙烯或使用选择性更高的催化剂等 a 与2MPa的压强相比,1MPa条件下CH4的平衡转化率更高,对设备要求不高,有利于降低成本;虽然温度越高越有利于提高CH4的平衡转化率,但700℃时CH4的平衡转化率已经较高,再升高温度,平衡转化率变化不大;700℃时催化剂活性高,反应的速率快。 3Fe + 4CaCO3Fe3O4 + 4CaO + 4CO↑ (或分步写成CaCO3CaO + CO2↑,3Fe + 4CO2 Fe3O4+ 4CO) 1:3 CH4(g) + 3CO2(g) 2H2O(g) + 4CO(g) △H =+349 kJ/mol 【解析】试题分析:由图可知,在1725℃,2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)达到平衡时,CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1,故其CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100 Pa、100 Pa、10 Pa。CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H>0,该反应为气体分子数增大的吸热反应,平衡时甲烷的含量随温度升高而减小、随压强增大而增大。 (1)①1725℃由图可知,达到平衡时,CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1,故其CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100 Pa、100 Pa、10 Pa,在同温同体积条件下,不同气体的压强之比等于其物质的量之比,故CH4、C2H2、C2H4的物质的量之比为10:10:1,由C原子守恒可知,CH4生成C2H2的平衡转化率为62.5%。 ②1725℃时,若图中H2的lgP=5,则反应2CH4(g)C2H2(g)+ 3H2(g)的平衡常数Kp=1×1013。 ③根据图可知,C2H2的平衡分压随温度升高而增大,所以反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)为吸热反应,故其△H>0。由图可知,甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率,除改变温度外,还可采取的措施有:充入适量乙烯使2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)的平衡向逆反应方向移动,或使用对甲烷转化为乙炔的选择性更高的催化剂等。 (2)CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H>0,该反应为气体分子数增大的吸热反应,平衡时甲烷的含量随温度升高而减小、随压强增大而增大,所以,图中a、b、c、d四条曲线中表示1MPa的是a。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件,类比工业上合成氨条件的选择可知,选择该反应条件的主要原因是:与2MPa的压强相比,1MPa条件下CH4的平衡转化率更高,对设备要求不高,有利于降低成本;虽然温度越高越有利于提高CH4的平衡转化率,但700℃时CH4的平衡转化率已经较高,再升高温度,平衡转化率变化不大;700℃时催化剂活性高,反应的速率快。 (3)①由题中重整过程的催化转化原理示意图可知,过程II中第一步反应是为了实现含氢物质与含碳物质的分离,故第一步反应为一氧化碳、二氧化碳、氢气与四氧化三铁和氧化钙反应生成铁和碳酸钙;过程II中第二步是为了得到富含CO的气体,反应的化学方程式为3Fe + 4CaCO3Fe3O4 + 4CaO + 4CO↑ (或分步写成CaCO3CaO + CO2↑,3Fe + 4CO2 Fe3O4+ 4CO)。 ②由过程II中第二步反应的化学方程式为3Fe + 4CaCO3Fe3O4 + 4CaO + 4CO↑可知中,其第一反应反应为Fe3O4 + 4CaO+ 2CO (g ) +2H2(g) +2CO2(g ) 3Fe + 4CaCO3+ 2H2O(g)时,过程II中催化剂组成才会保持不变。由反应CH4+CO2(g ) ⇌2H2(g ) +2CO(g )可知,当投料比=1:3时,过程I产生的气体的组成符合要求。 ③已知:(a) CH4(g)+ H2O(g) CO (g )+ 3H2(g) △H =+206.2 kJ/mol;(b)CH4(g)+ 2H2O(g) CO2(g )+4H2(g) △H =+158.6 kJ/mol。根据盖斯定律,由(a) (b) 可得CH4(g) + 3CO2(g) 2H2O(g) + 4CO(g),△H =(+206.2 kJ/mol) (+158.6 kJ/mol) =+349 kJ/mol,所以,该技术总反应的热化学方程式为CH4(g) + 3CO2(g) 2H2O(g) + 4CO(g) △H =+349 kJ/mol。
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碘化钾可用于有机合成、制药等领域,它是一种白色立方结晶或粉末,易溶于水。有两个学习小组查阅资料后,分别设计以下实验装置制备KI:

【查阅资料】:

(1)3I2+6KOH═KIO3+5KI+3H2O

(2)H2S是有剧毒的酸性气体,具有较强还原性,水溶液称氢硫酸(弱酸);

(3)HCOOH(甲酸)具有强烈刺激性气味的液体,具有较强还原性,弱酸;

(4)在实验条件下,S2-、HCOOH分别被KIO3氧化为SO42-、CO2

Ⅰ组. H2S还原法,实验装置如图:

实验步骤如下:

①在上图所示的C中加入127g研细的单质I2和210g 30%的KOH 溶液,搅拌至碘完全溶解。

②打开弹簧夹向其中通入足量的 H2S。

③将装置C中所得溶液用稀H2SO4酸化后,置于水浴上加热10min。

④在装置C的溶液中加入BaCO3,充分搅拌后,过滤、洗涤。

⑤将滤液用氢碘酸酸化,将所得溶液蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。得产品145g。

Ⅱ组.甲酸还原法,实验装置如图:

实验步骤如下:

⑥在三颈瓶中加入 127g 研细的单质I2和210g 30%的 KOH 溶液,搅拌至碘完全溶解。

⑦通过滴液漏斗向反应后的溶液中滴加入适量HCOOH,充分反应后,再用KOH溶液调pH至9~10,将所得溶液蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。得产品 155g。

回答下列问题;

(1)图中装置 A 中发生反应的离子方程式为__________;装置 B 中的试剂是_________

(2)D装置的作用是___________

(3)步骤④的目的是_____________________

(4)步骤⑤中“滤液用氢碘酸酸化”的目的是__________________

(5)Ⅱ组实验的产率为__________________

(6)Ⅱ组实验中,加入HCOOH发生氧化还原反应的离子方程式为_______________

(7)与Ⅰ组相比较,Ⅱ组实验的优点是(至少答出两点即可)__________________

 

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某工厂将制革工业污泥中的铬元素以难溶物CrOH(H2O)5SO4的形式回收,工艺流程如下,其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+

回答下列问题:

(1)4.8 mol/L的硫酸溶液密度为1.27g/cm3,该溶液中硫酸的质量分数是_______

(2)H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3+转化为Cr2O72-,写出此反应的离子方程式:______

(3)常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下:

阳离子

Fe3+

Mg2+

Al3+

Cr3+

开始沉淀时的pH

2.7

沉淀完全时的pH

3.7

11.1

5.4(>8溶解)

9(>9溶解)

 

①Cr (OH)3溶解于NaOH溶液时反应的离子方程式是___________

②加入NaOH溶液使溶液呈碱性,Cr2O72-转化为CrO42-。滤液Ⅱ中阳离子主要有______;但溶液的pH不能超过8,其理由是______________________________

(4)钠离子交换树脂的反应原理为Mn++nNaR→MRn+nNa+,利用钠离子交换树脂除去滤液Ⅱ中的金属阳离子是_____________

(5)写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的化学方程式:_______________

 

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已知:25℃,NH3·H2O电离平衡常数K=1.76×10-5。25℃,向1 L 0.1 mol/L某一元酸HR溶液中逐渐通入氨气,若溶液温度和体积保持不变,所得混合溶液的pH与变化的关系如图所示。下列叙述正确的是

A. 由图可推知:25℃,0.1 mol/L NaR溶液的pH约为10

B. 当通入0.1 mol NH3时,所得溶液中:c(NH4+)>c(R)>c(OH)>c(H+)

C. pH=7时,所得溶液中:c(HR)>c(R) =c(NH4+)

D. pH=10时,所得溶液中:c(R)>c(HR) ,c(NH4+)>c(NH3·H2O)

 

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由下列实验及现象得出的结论,不正确的是

 

实验

现象

结论

A

向KNO3和KOH 混合溶液中加入铝粉并加热,管口放湿润的红色石蕊试纸

试纸变为蓝色

NO3-被还原为NH3

 

B

在Cu(NO3)2溶液中加入KI溶液,再加入苯,振荡

溶液分层,上层溶液呈紫色,下层有白色沉淀

氧化性:Cu2+>I2,白色沉淀可能为CuI

C

向2 支盛有2mL 相同浓度的NaOH溶液的试管中分别滴入2滴相同浓度的AlCl3和MgCl2溶液,振荡并静置

前者无沉淀,后者有白色沉淀

Ksp[Al(OH)3]>Ksp[Mg(OH)2]

D

相同温度下,在两支试管中各加入4 mL 0.01 mol/L KMnO4酸性溶液和2 mL 0.1 mol/LH2C2O4溶液,再向其中一支试管中快速加入少量MnSO4固体

加有MnSO4的试管中溶液褪色明显较快

MnSO4对该反应有催化作用

 

 

A. A    B. B    C. C    D. D

 

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某新型电池,以NaBH4(B的化合价为+3价)和H2O2作原料,负极材料采用Pt,正极材料采用MnO2(既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用),该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是

A. 每消耗3mol H2O2,转移6mol e

B. 电池工作时Na+从b极区移向a极区

C. a极上的电极反应式为:BH4+8OH﹣8e═BO2+6H2O

D. b极材料是MnO2,该电池总反应方程式:NaBH4 + 4H2O2===NaBO2 + 6H2O

 

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