【題目】CO2甲烷化是一種實現(xiàn)CO2資源化利用的有效途徑。
Ⅰ.熱化學轉(zhuǎn)化
CO2甲烷化過程發(fā)生反應:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH
(1)每生成1mol CH4(g),放熱165 kJ,則ΔH=______。
(2)反應的平衡常數(shù)的表達式:K=______。溫度升高,K______(填“增大”或“減小”)。
(3)其他條件不變時,一段時間內(nèi),壓強對CO2的轉(zhuǎn)化率及CH4的選擇性的影響如下圖。
注:選擇性=轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物的原料量÷原料總的轉(zhuǎn)化量
CO2甲烷化反應選擇0.1MPa而不選擇更高壓強的原因是______。
Ⅱ.電化學轉(zhuǎn)化
多晶Cu可高效催化CO2甲烷化,電解CO2制備CH4的原理示意圖如下。電解過程中溫度控制在10℃左右,持續(xù)通入CO2。陰、陽極室的KHCO3溶液的濃度基本保持不變。
(4)多晶Cu作______(填“陰”或“陽”)極。
(5)結(jié)合電極反應式,說明陰極室KHCO3溶液濃度基本不變的原因:______。
(6)上述電解過程中采取了______措施(寫2條即可)使CO2優(yōu)先于H+放電。
【答案】-165 kJ·mol1 c(CH4)c2(H2O)/[c(CO2)c4(H2)] 減小 在0.1MPa,CO2的轉(zhuǎn)化率及CH4的選擇性較高,加壓CO2的轉(zhuǎn)化率及CH4的選擇性變化不大,且加壓會增大投資和能耗 陰 陰極發(fā)生反應:9CO2+8e+6H2O ==CH4+8HCO3,每轉(zhuǎn)移8 mol電子,陰極生成8 mol HCO3,又有8 molHCO3通過陰離子交換膜進入陽極室,且K+的濃度不變,所以陰極室的KHCO3濃度基本保持不變 以pH≈8的KHCO3溶液為電解液;溫度控制在10℃左右;持續(xù)通入CO2;用多晶銅作陰極等
【解析】
(1)根據(jù)反應放熱分析解答;
(2)發(fā)生的反應為CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH=-165 kJ·mol1,據(jù)此書寫平衡常數(shù)的表達式,結(jié)合影響化學平衡的元素分析判斷;
(3)根據(jù)圖像,壓強大于0.1MPa,CO2的轉(zhuǎn)化率幾乎不變,CH4的選擇性增加很少,結(jié)合生產(chǎn)成本分析解答;
(4)多晶銅電極區(qū),二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷,根據(jù)發(fā)生的反應的類型分析解答;
(5)結(jié)合陰極反應式和陰離子交換膜的作用分析解答;
(6)可以從我的對氣體的溶解度、陰離子交換膜的作用等角度分析解答。
(1)方程式中CH4的系數(shù)=1,反應放熱,因此方程式對應的ΔH=-165 kJ·mol1,故答案為:-165 kJ·mol1;
(2)CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH=-165 kJ·mol1,平衡常數(shù)K=;該反應為放熱反應,溫度升高,平衡逆向移動,平衡常數(shù)K減小,故答案為:;減小;
(3)根據(jù)圖像,壓強大于0.1MPa,CO2的轉(zhuǎn)化率幾乎不變,CH4的選擇性增加很少,為節(jié)約成本,應該選擇0.1MPa,故答案為:在0.1MPa,CO2的轉(zhuǎn)化率及CH4的選擇性較高,加壓CO2的轉(zhuǎn)化率及CH4的選擇性變化不大,且加壓會增大投資和能耗;
(4)多晶銅電極區(qū),二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷,C元素的化合價降低,得到電子,發(fā)生還原反應,因此銅為陰極,故答案為:陰;
(5)陰極反應式9CO2+8e+6H2O =CH4+8HCO3,陰極生成HCO3,電路中每轉(zhuǎn)移8 mol電子,陰極生成8 mol HCO3,同時有8 molHCO3通過陰離子交換膜進入陽極室,且K+的濃度不變,所以陰極室的HCO3濃度基本保持不變,故答案為:陰極反應式9CO2+8e+6H2O =CH4+8HCO3,每轉(zhuǎn)移8 mol電子,陰極生成8 mol HCO3,又有8 molHCO3通過陰離子交換膜進入陽極室,且K+的濃度不變,所以陰極室的KHCO3濃度基本保持不變;
(6)①降低溫度,能夠提高氣體在水中的溶解度,提高水中二氧化碳的濃度,從而提高二氧化碳的氧化性,有利于二氧化碳放電;②采取陰離子交換膜,陽極區(qū)中氫氧根放電,氫離子濃度增大,能夠防止陽極區(qū)生成的氫離子移向陰極,可以防止陰極區(qū)氫離子濃度增大,使CO2優(yōu)先于H+放電;③將溶液調(diào)節(jié)成堿性,降低陰極區(qū)氫離子濃度,降低氫離子氧化性,通過二氧化碳的氧化性,有利于二氧化碳放電,故答案為:以pH≈8的KHCO3溶液為電解液;溫度控制在10℃左右;持續(xù)通入CO2;用多晶銅作陰極等。
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【題目】海水開發(fā)利用的部分過程如圖所示,下列說法正確的是
A. 得到的 Mg(0H)2 是耐火磚的主要成分
B. 粗鹽可采用除雜和蒸餾等過程提純
C. 工業(yè)生產(chǎn)中常選用 NaOH 作為沉淀劑
D. 富集溴一般先用空氣或水蒸氣吹出單質(zhì)溴,再用堿液或SO2 等吸收
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【題目】下表是元素劇期表的一部分,請根據(jù)要求填空
(1) 元素②最外層有_____個電子,在化合物中的最低負化合價為________;
(2) 元素⑤形成的離子的結(jié)構(gòu)汞意圖為_________;
(3) 用電子式表示元素①和⑦組成的化合物的形成過程:_______________;
(4) 元素④、⑤的最高價氧化物的水化物之間發(fā)生反應的離子方程式______________ 。
(5) 下列選項中能證明元素⑦的非金屬性強于元素⑥的是________(雙選)。
A.H2S的酸性弱于HCl B.S2-的還原性強于C1-
C.H2SO3的酸性強于HClO D.H2S不如HC1穩(wěn)定
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【題目】25℃時,下列各溶液中有關(guān)微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是( )
A. 0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液:c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+c(H2CO3)-c(CO32-)
B. 0.1 mol·L-1 NaHC2O4溶液呈酸性:c(Na+)>c(HC2O4-)>c(H2C2O4)>c(C2O42-)
C. 20 mL 0.10 mol·L-1 CH3COONa溶液與10 mL 0.10 mol·L-1 HCl溶液混合得到的酸性溶液:c(CH3COOH)+2c(H+)=c(CH3COO-)+2c(OH-)
D. 向0.1mol·L-1 NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液至恰好呈中性:c(Na+)>c(NH4+)>c(SO42-)>c(OH-)=c(H+)
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【題目】在一定溫度下,CO和水蒸氣分別為1 mol、3 mol,在密閉容器中發(fā)生反應CO+H2O(g)CO2+H2,達平衡后測得CO2為0.75 mol,再通入6 mol水蒸氣,達到新的平衡后,CO2和H2的物質(zhì)的量之和可能為
A. 1.2 mol B. 1.8 mol C. 2.5 mol D. 1.5mol
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【題目】為有效控制霧霾,各地積極采取措施改善大氣質(zhì)量,研究并有效控制空氣中的氮氧化物、碳氧化物的含量顯得尤為重要。
I.氮氧化物研究
(1)一定條件下,將2molNO與2molO2置于恒容密閉容器中發(fā)生反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g),下列各項能說明反應達到平衡狀態(tài)的是 ________________(填字母代號) 。
a.體系壓強保持不變 b.混合氣體顏色保持不變
c.NO和O2的物質(zhì)的量之比保持不變 d.每消耗1 molO2同時生成2 molNO2
(2)汽車內(nèi)燃機工作時會引起N2和O2的反應:N2 +O22NO,是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。在T1、T2溫度下,一定量的NO發(fā)生分解反應時N2的體積分數(shù)隨時間變化如右圖所示,根據(jù)圖像判斷反應N2(g)+O2(g)2NO(g)的△H__________0(填“>”或“<”)。
Ⅱ.碳氧化物研究
(1)體積可變(活塞與容器之間的摩擦力忽略不計)的密閉容器如右圖所示,現(xiàn)將3molH2和2molCO放入容器中,移動活塞至體積V為2L,用鉚釘固定在A、B點,發(fā)生合成甲醇的反應如下:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
測定不同條件、不同時間段內(nèi)的CO的轉(zhuǎn)化率,得到如下數(shù)據(jù):
T(℃) | 10min | 20min | 30min | 40min |
T1 | 20% | 55% | 65% | 65% |
T2 | 35% | 50% | a1 | a2 |
①根據(jù)上表數(shù)據(jù),請比較T1_________T2(選填“>”、“<”或“=”);T2℃下,第30min 時,a1=________,該溫度下的化學平衡常數(shù)為__________________。
②T2℃下,第40min時,拔去鉚釘(容器密封性良好)后,活塞沒有發(fā)生移動,再向容器中通入6molCO,此時v(正)________v(逆)(選填“>”、“<”或。
(2)一定條件下可用甲醇與CO反應生成醋酸消除CO污染。常溫下,將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合(混合后溶液體積變化忽略不計),充分反應后,溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-),則根據(jù)溶液中的電荷平衡可知,溶液的pH=___________,則可以求出醋酸的電離常數(shù)Ka =____________ (用含a和b的代數(shù)式表示)。
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【題目】現(xiàn)有以下物質(zhì):①NaHSO4晶體,②液態(tài)O2 ,③冰醋酸(固態(tài)醋酸), ④汞,⑤BaSO4固體,⑥Fe(OH)3 膠體,⑦酒精(C2H5OH) ,⑧熔化KNO3,⑨鹽酸,⑩金屬鈉,請回答下列問題(用序號):
(1)以上物質(zhì)中能導電的是__________
(2)以上物質(zhì)屬于電解質(zhì)的是_____________
(3)以上物質(zhì)中屬于非電解質(zhì)的是_______
(4)請寫出①在熔融狀態(tài)下的電離方程式________________
(5)a. 寫出制備⑥的實驗操作為_________;
b. 制備⑥的離子方程式為____________________,
c. 在制得的⑥中逐滴加入稀硫酸的實驗現(xiàn)象為_____________________________。
(6)寫出⑩在加熱條件下與氧氣反應的化學方程式________________________。若將2.3克鈉放入97.7克水中,生成的溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)_________(填“大于”、“小于” 或“等于”)2.3%。
(7)標準狀況下,CO與CO2相對于②的密度為1,則混合氣體中CO與CO2的比例為_________。
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【題目】著名化學家徐光憲在稀土領(lǐng)域貢獻突出,被譽為“稀土界的袁隆平”。釔是稀土元素之一,我國蘊藏著豐富的釔礦石(Y2FeBe2Si2O10),工業(yè)上通過如下工藝流程制取氧化釔,并獲得副產(chǎn)物鈹。
已知:。悾Y)的常見化合價為+3價;
ⅱ.鈹和鋁處于元素周期表的對角線位置,化學性質(zhì)相似;
ⅲ.Fe3+、Y3+形成氫氧化物沉淀時的pH如下表:
離子 | 開始沉淀時的pH | 完全沉淀時的pH |
Fe3+ | 2.1 | 3.1 |
Y3+ | 6.0 | 8.3 |
(1)將釔礦石與NaOH共熔的反應方程式補充完整:
__Y2FeBe2Si2O10+__NaOH+____ __Y(OH)3 +__Fe2O3 + __Na2SiO3 + __Na2BeO2 + __H2O
(2)濾渣Ⅱ的主要成分是____________。
(3)試劑A可以是___________。
A.NaOH溶液 B.氨水 C.CO2 D.CaO
(4)用氨水調(diào)節(jié)pH=a時,a的取值范圍是_____________________。
(5)計算常溫下Y3+ +3H2OY(OH)3+3H+的平衡常數(shù)K=________。(常溫下Ksp [Y(OH)3] = 8.0×10-23)
(6)濾液Ⅲ加入氨水產(chǎn)生沉淀的離子方程式為_______________。
(7)從BeCl2溶液中得到BeCl2固體的操作是________。
(8)常見的由BeCl2固體生產(chǎn)Be的工業(yè)方法有兩種:①電解法:電解NaCl-BeCl2混合熔融鹽制備Be;②熱還原法:熔融條件下,鉀還原BeCl2制備Be。以上兩種方法你認為哪種更好并請說明理由_________。
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】已知X、Y、Z、W為短周期主族元素,在周期表中的相對位置如圖,下列說法正確的是( )
A. 若HmXOn為強酸,則X的氫化物溶于水一定顯酸性(m、n均為正整數(shù))
B. 若四種元素均為金屬,則Z的最高價氧化物對應的水化物一定為強堿
C. 若四種元素均為非金屬,則W的最高價氧化物對應的水化物一定為強酸
D. 若四種元素中只有一種為金屬,則Z與Y兩者的最高價氧化物對應的水化物能反應
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