高三化学解答题中等难度题
(9分)随着环保意识增强,清洁能源越来越受到人们关注。
(1)甲烷是一种理想的洁净燃料。已知:
CH4(g)+2O2(g)= CO2(g)+2H2O(g);△H= —802.3kJ·mol-1
H2O(1) =H2O(g),△H =+44.0kJ·mol-l
则4.8g甲烷气体完全按燃烧生成液态水,放出热量为________。
(2)利用甲烷与水反应制备氢气,因原料廉价,具有推广价值。
该反应为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g);△H=+206.lkJ·mol-l。
①若800℃时,反应的化学平衡常数K=l.0,某时刻测得该温度下密闭容器中各物质的物质的量浓度如下表。
则此时正、逆反应速率的关系是________。(填标号)
A.v(正)>v(逆) B.v(正)<v(逆)
C.v(正)=v(逆) D.无法判断
②为了探究温度、压强对上述化学反应速率的影响,某同学设计了以下三组对比实验(温度为360℃或480℃、压强为101 kPa或303 kPa,其余实验条件见下表)。
表中t=________ ,P=________ ;
设计实验2、3的目的是________
实验l、2、3中反应的化学平衡常数的大小关系是________ (用K1、K2、K3表示)。
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CH4 | H2O | CO | H2 |
3.0mol•L-1 | 8.5mol•L-1 | 2.0mol•L-1 | 2.0mol•L-1 |
实验序号 | 温度/℃ | 压强/kPa | CH4初始浓度/mol•L-1 | H2O初始浓度/mol•L-1 | K |
1 | 360 | P | 2.00 | 6.80 | K1 |
2 | t | 101 | 2.00 | 6.80 | K2 |
3 | 360 | 101 | 2.00 | 6.80 | K3 |
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随着环保意识增强,清洁能源越来越受到人们关注。
(1)甲烷是一种理想的洁净燃料。已知:CH4(g)+2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(g);△H= -802.3kJ·mol-1 H2O(1)=H2O(g),△H =+44.0kJ·mol-l
写出常温常压下甲烷完全燃烧的热化学方程式____,计算4.8g甲烷气体完全燃烧生成液态水,放出热量为____kJ。
(2)利用甲烷与水反应制备氢气,因原料廉价,具有推广价值。该反应为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=+206.lkJ·mol-l。
①800℃时,反应的化学平衡常数K=l.0,某时刻测得该温度下密闭容器中各物质的物质的量浓度如下表。
CH4 | H2O | CO | H2 |
3.0 mol•L‾1 | 8.5 mol•L‾1 | 2.0 mol•L‾1 | 2.0 mol•L‾1 |
则此时正、逆反应速率的关系是正反应速率____逆反应速率。(填“>”、“<”、“=”)
②为了探究温度、压强对上述化学反应速率的影响,某同学设计了以下三组对比实验(温度为360℃或480℃、压强为101 kPa或303 kPa,其余实验条件见下表)。
实验序号 | 温度/℃ | 压强/kPa | CH4初始浓度/ mol•L‾1 | H2O初始浓度/ mol•L‾1 |
1 | 360 | p | 2.00 | 6.80 |
2 | t | 101 | 2.00 | 6.80 |
3 | 360 | 101 | 2.00 | 6.80 |
表中t=___,P=____;设计实验2、3的目的是____;实验l、2、3中反应的化学平衡常数的大小关系是____(用K1、K2、K3表示)。
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随着能源与环境问题越来越被人们关注,碳-化学(C1化学)成为研究的热点。“碳一化学”即以单质碳及CO、CO2、CH4、CH3OH等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺.
(1)将CO2转化成有机物课有效实现碳循环。CO2转化成有机物的例子很多,如:
a.6CO2+6H2OC6H12O6+6O2
b.CO2+3H2OCH3OH+H2O
c.CO2+CH4CH3COOH
d.2CO2+6H2CH2=CH2+4H2O
在以上属于人工转化的反应中,原子利用率最高的是_______(填序号)。
(2)CO可用于合成甲醇。在压强0.1MPa条件下,在体积为bL的密闭容器中充入和,在催化剂作用下合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图。
①该反应属于_______反应(填“吸热”或“放热”)。若一个可逆反应的平衡常数K值很大,对此反应的说法正确的是____(填序号)。
a.反应使用催化剂意义不大
b.该反应发生将在很短时间内完成
c.该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小
d.该反应一定是放热反应
②100℃时,该反应的平衡常数K=________(用a,b的代数式表示)。
(3)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。
①工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
a.2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g) △H1=-90.8kJ•mol-1
b.2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-
c.CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g0+H2(g)△H3=-41.3kJ•mol
总反应:3H2(g)+3CO(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=___.
②对于反应b,在温度和容积不变的条件下,能说明该反应已达到平衡状态的是_____(填字母)。
a.n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O)
b.容器内压强保持不变
c.H2O(g)的浓度保持不变
d.CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2:1
(4)以KOH溶液为电解质,用二甲醚-空气组成燃料,其中负极的电极反应式为_______。
(5)碳化合物在治理汽车尾气方面也大有可为,如CO、CH4等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质。写出CO与氮氧化物(NOx)在有催化剂的条件下反应的化学方程式____________。
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“低碳经济”备受关注,二氧化碳的回收利用是环保和能源领域研究的热点课题。
(1)已知:①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ·mol-1
②CH4(g)C(s)+2H2(g)△H=+73kJ·mol-1
③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJ·mol-1
写出CO2与H2反应生成CH4和水蒸气的热化学方程式:_________________________。
(2)CO2与H2在催化剂作用下可以合成二甲醚,反应原理如下:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H。某温度下,向体积为2L的密闭容器中充入CO2与H2,发生上述反应。测得平衡混合物中CH3OCH3(g)的体积分数[φ(CH3OCH3) 与起始投料比Z[Z=]的关系如图1所示;CO2的平衡转化率(a)与温度(T)、压强(p)的关系如图2所示。
①当Z=3时,CO2的平衡转化率a=__________%。
②当Z=4时,反应达到平衡状态后,CH3OCH3的体积分数可能是图1中的_________点(填"D"、"E"或“F")。
③由图2可知该反应的△H_______0(选填“>”、“<“或“=”,下同),压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________。
④若要进一步提高H2的平衡转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施
有________________(任写一种)。
(3)我国科研人员研制出的可充电"Na-CO2"电池,以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图3所示。
①放电时,正极的电极反应式为____________________。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面,当正极增加的质量为28g时,转移电子的物质的量为__________。
③可选用高氯酸钠-四甘醇甲醚作电解液的理由是________________________。
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随着科技进步和人类环保意识的增强,如何利用CO2已经成为世界各国特别关注的问题。
已知:CO2与CH4经催化重整制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H
(1)降低温度,该反应速率会_______________(填“增大”或“减小”);一定压强下,由最稳定单质生1 mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395 kJ/mol、-74.9 kJ/mol、-110.4 kJ/mol。则上述重整反应的ΔH=____________kJ/mol。
(2)T1℃时,在两个相同刚性密闭容器中充入CH4和CO2分压均为20 kPa,加入催化剂Ni/α-Al2O3并分别在T1℃和T2℃进行反应,测得CH4转化率随时间变化如图Ⅰ所示。
①A点处v正_______B点处(填“<”、“>”或“=”)
②研究表明CO的生成速率v生成(CO)=1.3×10-2·p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1,A点处v生成(CO)=__________mol·g-1·s-1。
(3)上述反应达到平衡后,若改变某一条件,下列变化能说明平衡一定正向移动的是________________(填代号)。
A.正反应速率增大 B.生成物的百分含量增大 C.平衡常数K增大
(4)其他条件相同,在甲、乙两种不同催化剂作用下,相同时间内测得CH4转化率与温度变化关系如图Ⅱ,C点___________________(填“可能”、“一定”或“一定未”)达到平衡状态,理由是_____________;CH4的转化率b点高于a点的可能原因是_________________________________。
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随着科技进步和人类环保意识的增强,如何利用CO2已经成为世界各国特别关注的问题。
已知:CO2与CH4经催化重整制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H
(1)降低温度,该反应速率会_______________(填“增大”或“减小”);一定压强下,由最稳定单质生1 mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395 kJ/mol、-74.9 kJ/mol、-110.4 kJ/mol。则上述重整反应的ΔH=____________kJ/mol。
(2)T1℃时,在两个相同刚性密闭容器中充入CH4和CO2分压均为20 kPa,加入催化剂Ni/α-Al2O3并分别在T1℃和T2℃进行反应,测得CH4转化率随时间变化如图Ⅰ所示。
①A点处v正_______B点处(填“<”、“>”或“=”)
②研究表明CO的生成速率v生成(CO)=1.3×10-2·p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1,A点处v生成(CO)=__________mol·g-1·s-1。
(3)上述反应达到平衡后,若改变某一条件,下列变化能说明平衡一定正向移动的是________________(填代号)。
A.正反应速率增大 B.生成物的百分含量增大 C.平衡常数K增大
(4)其他条件相同,在甲、乙两种不同催化剂作用下,相同时间内测得CH4转化率与温度变化关系如图Ⅱ,C点___________________(填“可能”、“一定”或“一定未”)达到平衡状态,理由是_____________;CH4的转化率b点高于a点的可能原因是_________________________________。
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能源是人类共同关注的重要问题。页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源,页岩气的主要成分是甲烷,是公认的洁净能源。
(1)页岩气不仅能用作燃料,还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1
已知:①CH4、H2、CO 的燃烧热(△H)分别为-a kJ•mol-1、-b kJ•mol-1、-c kJ•mol-1;
②H2O (l) =H2O(g); △H=+dkJ•mol-1
则△H1= ___________(用含字母a、b、c、d的代数式表示)kJ•mol-1。
(2)用合成气生成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2,在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示,200℃时n(H2)随时间的变化如下表所示:
t/min | 0 | 1 | 3 | 5 |
n(H2)/mol | 8.0 | 5.4 | 4.0 | 4.0 |
①△H2_________ (填“>”“<”或“ = ”)0。
②下列说法正确的是____________ (填标号)。
a.温度越高,该反应的平衡常数越大
b.达平衡后再充入稀有气体,CO的转化率提高
c.容器内气体压强不再变化时,反应达到最大限度
d.图中压强p1<p2
③ 0〜3 min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=________mol • L-1·min-1。
④ 200℃时,该反应的平衡常数K =_______。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH,保持温度不变,则化学平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
(3)甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下通入5.6 L甲烷,测得电路中转移1.2 mol电子,则甲烷的利用率为_________。
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