14.氫氣是新型能源和重要化工原料.
已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H1
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H2
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H2
(1)科學(xué)家提出一種利用天然氣制備氫氣的方法:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H
△H=△H2-△H1-2△H3.這種方法的推廣與使用,不僅實(shí)現(xiàn)資源綜合利用,而且還能解決環(huán)境問(wèn)題是.
(2)氨氣是重要化工原料,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位.
①在恒溫、容積相等的恒容密閉容器中投入一定量氮?dú)、氫氣,發(fā)生如下可逆反應(yīng):
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
實(shí)驗(yàn)測(cè)得起始、平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如表所示:
容器編號(hào)起始時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol平衡時(shí)反應(yīng)中的能量變化
H2N2NH3
3nn0放出熱量a kJ
3n2n0放出熱量b kJ
6n2n0放出熱量c kJ
下列判斷正確的是BC.
A.N2的轉(zhuǎn)化率:Ⅱ>I>Ⅲ
B.放出熱量:a<b<92.4n
C.達(dá)到平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù):Ⅲ>Ⅰ
D.平衡常數(shù):Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ
②在密閉恒容容器中投入一定量氮?dú)夂蜌錃,混合氣體中氨氣體積分?jǐn)?shù)和溫度關(guān)系如圖所示:
曲線TJ段變化主要原因是,JL段變化的主要原因是.氨氣正反應(yīng)速率:T點(diǎn)小于 L點(diǎn)(填:大于、小于或等于).
③在2L密閉容器中充入一定量的氨氣,氨氣的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系如表所示:
時(shí)間/min0510152025
NH3/mol21.00.50.250.240.24
在該條件下,前5分鐘H2平均反應(yīng)速率為0.15mol•L-1•min-1
④常溫下,在V mL的a mol•L-1稀硫酸溶液中滴加b mol•L-1稀氨水V mL恰好使混合溶液呈中性.此時(shí),一水合氨的電離常數(shù)Kb=$\frac{2a}{(b-2a)×107}$(用含a、b代數(shù)式表示).
(3)氫氣直接作燃料電池的理論輸出電壓為1.2V,能量密度E=$\frac{\frac{1.2V×\frac{1000g}{2g/mol×2×96500C/mol}}{1kg}}{3.6×1{0}^{6}J•k{W}^{-1}•{h}^{-1}}$
=32.2kW•h•kg-1(列式計(jì)算).

分析 (1)②-①-③×2得:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)的焓變;根據(jù)化學(xué)反應(yīng)可知,甲烷將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的合成氣;
(2)①A、實(shí)驗(yàn)I和III比較,實(shí)驗(yàn)III相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)I體積壓縮一半,加壓時(shí)平衡向正方向移動(dòng),I、II實(shí)驗(yàn)中氫氣量相等,氮?dú)饬吭蕉啵獨(dú)廪D(zhuǎn)化率減小,據(jù)此回答;
B、根據(jù)可逆反應(yīng)特點(diǎn),3mol氫氣和1mol氮?dú)獠荒芡耆蒒H3;
C、根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響來(lái)回答;
D、溫度不變,平衡常數(shù)不變.
②TJ段未達(dá)到平衡,反應(yīng)向生成氨方向進(jìn)行,溫度升高,反應(yīng)加快,氨氣體積分?jǐn)?shù)增大;當(dāng)J點(diǎn)達(dá)到平衡,JL段:該正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆方向移動(dòng),促進(jìn)氨分解,氨的體積分?jǐn)?shù)減。甃點(diǎn)溫度高于T點(diǎn)溫度,兩點(diǎn)的各物質(zhì)濃度相等;
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算氫氣表示的反應(yīng)速率,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中速率之比等于系數(shù)之比,v(NH3);
④稀溶液總體積等于兩種溶液體積之和,根據(jù)電荷守恒計(jì)算離子的濃度,根據(jù)電離平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算即可;
(3)氫氣直接作燃料電池的負(fù)極上的反應(yīng)是:H2-2e-+2OH-=2H2O,根據(jù)能量密度定義計(jì)算即可.

解答 解:(1)根據(jù)蓋斯定律知,②-①-③×2得:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),所以CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H,△H=△H2-△H1-2△H3,這種方法的推廣與使用,不僅實(shí)現(xiàn)資源綜合利用,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)可知,甲烷將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的合成氣,還能解決環(huán)境問(wèn)題是減少二氧化碳排放.故答案為:△H2-△H1-2△H3;根據(jù)化學(xué)反應(yīng)可知,甲烷將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的合成氣,減少二氧化碳排放;
(2)①A、實(shí)驗(yàn)I和III比較,實(shí)驗(yàn)III相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)I體積壓縮一半,加壓時(shí)平衡向正方向移動(dòng),N2轉(zhuǎn)化率增大,III中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于I中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率;I、II實(shí)驗(yàn)中氫氣量相等,氮?dú)饬吭蕉,氮(dú)廪D(zhuǎn)化率減小,I中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于II中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率,故III、I、II中氮?dú)廪D(zhuǎn)化率依次增大,A錯(cuò)誤;
B、可逆反應(yīng)的熱化學(xué)方程式表示:1mol氮?dú)夂?mol氫氣完全反應(yīng)放出92.4kJ熱量.根據(jù)可逆反應(yīng)特點(diǎn),3mol氫氣和1mol氮?dú)獠荒芡耆蒒H3.II生成的氨氣量大于I,B項(xiàng)正確;
C、如果平衡不移動(dòng),III中氨氣量是I中2倍,氨氣體積分?jǐn)?shù)相等.在恒容條件下,I容器加壓變成III,增大壓強(qiáng),平衡向生成NH3方向移動(dòng),氨體積分?jǐn)?shù)增大,C正確;
D、溫度不變,平衡常數(shù)不變,三個(gè)容器中平衡常數(shù)相等,D錯(cuò)誤.
故選BC;
②TJ段未達(dá)到平衡,反應(yīng)向生成氨方向進(jìn)行,溫度升高,反應(yīng)加快,氨氣體積分?jǐn)?shù)增大;當(dāng)J點(diǎn)達(dá)到平衡,JL段:該正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆方向移動(dòng),促進(jìn)氨分解,氨的體積分?jǐn)?shù)減。甃點(diǎn)溫度高于T點(diǎn)溫度,兩點(diǎn)的各物質(zhì)濃度相等,所以,L點(diǎn)氨的正反應(yīng)速率較大.
故答案為:小于;
③在該條件下,前5分鐘氨氣平均反應(yīng)速率為$\frac{\frac{2.0mol-1.0mol}{2L}}{5min}$=0.1mol/(L•min),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中速率之比等于系數(shù)之比,得出v(H2)=1.5v(NH3)=
=0.15mol/(L•min),故答案為:0.15mol/(L•min);
④稀溶液總體積等于兩種溶液體積之和.根據(jù)電荷守恒式c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-),當(dāng)溶液呈中性時(shí)c(H+)=c(OH-),推知:c(NH4+)=2c(SO42-),c(SO42-)=0.5a mol/L,c(NH4+)=a mol/L,c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol/L,c(NH3•H2O)+c(NH4+)=0.5b mol/L,c(NH3•H2O)=(0.5b-a)mol/L.Kb=$\frac{c(N{{H}_{4}}^{+})•c(O{H}^{-})}{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}$=$\frac{1{0}^{-7}a}{0.5b-a}$=$\frac{2a}{(b-2a)×107}$,故答案為:$\frac{2a}{(b-2a)×107}$;
(3)H2-2e-+2OH-=2H2O,根據(jù)能量密度定義,E=$\frac{\frac{1.2V×\frac{1000g}{2g/mol×2×96500C/mol}}{1kg}}{3.6×1{0}^{6}J•k{W}^{-1}•{h}^{-1}}$=32.2kW•h•kg-1
故答案為:$\frac{\frac{1.2V×\frac{1000g}{2g/mol×2×96500C/mol}}{1kg}}{3.6×1{0}^{6}J•k{W}^{-1}•{h}^{-1}}$=32.2kW•h•kg-1

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查學(xué)生化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用、溶液中離子濃度之間的關(guān)系等知識(shí),注意知識(shí)的歸納和梳理是解題的關(guān)鍵,難度大.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

4.不飽和酯類化合物在藥物、涂料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.
(1)下列關(guān)于化合物Ⅰ的說(shuō)法,正確的是CD
A.可能發(fā)生酯化反應(yīng)和銀鏡反應(yīng)
B.1mol化合物Ⅰ最多與2molNaOH反應(yīng)
C.與FeCl3溶液能顯紫色
D.能與溴發(fā)生取代和加成反應(yīng)
(2)下面反應(yīng)是一種由烯烴直接制備不飽和酯的新方法

①化合物Ⅱ的分子式為C9H10
②1mol化合物Ⅱ能與4molH2恰好反應(yīng)生成飽和烴類化合物.
③化合物Ⅲ與足量的NaOH溶液共熱的化學(xué)方程式為;反應(yīng)類型:水解(取代)反應(yīng)
(3)3-對(duì)甲苯丙烯酸甲酯(E)是一種用于合成抗血栓藥的中間體,其合成路線如下:

已知:HCHO+CH3CHO $\stackrel{OH-,△}{→}$ CH2=CHCHO+H2O
A中官能團(tuán)的名稱為醛基.D中含氧官能團(tuán)的名稱為羧基.
②E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
③試劑C可選用下列中的b、d
a、溴水     b、銀氨溶液     c、酸性KMnO4溶液    d、新制Cu(OH)2懸濁液
④B在一定條件下可以生成高聚物F,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為n$\stackrel{一定條件}{→}$

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

5.在如圖所示的裝置中,燒瓶中充滿干燥氣體a,將滴管中的液體b擠入燒瓶?jī)?nèi),輕輕振蕩燒瓶,然后打開(kāi)彈簧夾f,燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出,最終幾乎充滿燒瓶.則a和b不滿足題目要求的是(  )
 a(干燥氣體)b(液體)
ANO2
BCO24mol/LNaOH溶液
CCl2飽和NaOH溶液
DNH31mol/L鹽酸
A.AB.BC.CD.D

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

2.設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,下列說(shuō)法中正確的( 。
①17.6g丙烷中所含的共價(jià)鍵數(shù)為4NA個(gè)
②常溫下,21gC3H6和C4H8的混合物中含有的碳原子數(shù)為1.5NA
③電解飽和食鹽水,當(dāng)陰極產(chǎn)生2.24L H2時(shí),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.2NA
④2gD216O中含有的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、電子數(shù)均為NA
⑤常溫下,1.0LpH=13的NaOH溶液中,由水電離的OH-離子數(shù)目為0.1NA
⑥將100mL0.1mol•L-1的FeCl3溶液滴入沸水中可制得Fe(OH)3膠粒0.01NA
A.①②④B.①③⑥C.④⑤⑥D.①⑥

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

9.設(shè)阿伏加德羅常數(shù)為NA,下列說(shuō)法正確的是( 。
A.18.8g苯酚中含有碳碳雙鍵的個(gè)數(shù)為0.6NA
B.17g羥基(-OH)所含有的電子數(shù)是10NA
C.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,11.2L 三氯甲烷所含分子數(shù)為0.5NA
D.常溫常壓下,3.0g葡萄糖和冰醋酸的混合物中含有的原子總數(shù)為0.4NA

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

19.在一定條件下,有可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g).當(dāng)單獨(dú)改變下列條件后,有關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是(  )
A.加入氬氣,V、V都增大,且V增大倍數(shù)大于V增大倍數(shù)
B.加入催化劑,V、V都發(fā)生變化,且變化的倍數(shù)相同
C.增大壓強(qiáng)時(shí),V、V都增大,且V增大倍數(shù)大于V增大倍數(shù)
D.降低溫度時(shí),V、V都減小,且V減小倍數(shù)小于V減小倍數(shù)

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

6.下列說(shuō)法正確的是( 。
A.乙烯和聚乙烯都能使溴的四氯化碳溶液褪色
B.棉、麻、絲、毛及合成纖維完全燃燒都只生成CO2和H2O
C.植物油和裂化汽油可用溴水鑒別
D.在雞蛋白溶液中加入濃HNO3,微熱后會(huì)生成黃色物質(zhì)

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

3.下列有關(guān)化學(xué)用語(yǔ)正確的是( 。
A.某元素基態(tài)原子的電子排布圖
B.NH4Cl電子式為
C.Ca2+離子基態(tài)電子排布式為1s22s22p63s23p6
D.鉀(K)的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

4.分類方法在化學(xué)學(xué)科的發(fā)展中起到了非常重要的作用.下列分類標(biāo)準(zhǔn)合理的是( 。
①根據(jù)物質(zhì)的導(dǎo)電性,將物質(zhì)分為電解質(zhì)和非電解質(zhì)
②根據(jù)反應(yīng)中是否有電子的轉(zhuǎn)移將化學(xué)反應(yīng)分為氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)
③根據(jù)分散系是否具有丁達(dá)爾現(xiàn)象將分散系分為溶液、膠體和濁液
④根據(jù)反應(yīng)中的熱效應(yīng)將化學(xué)化學(xué)反應(yīng)分為放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng).
A.①②B.③④C.①③D.②④

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案