9.CO2和CH4是兩種主要的溫室氣體,以CH4和CO2為原料制造更高價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品是用來(lái)緩解溫室效應(yīng)的研究方向,回答下列問(wèn)題:
(1)由CO2制取C的太陽(yáng)能工藝如圖1所示.

①“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)為2Fe3O4 $\frac{\underline{\;>2300K\;}}{\;}$6FeO+O2↑,每分解lmolFe3O4轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol.
②“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO2$\frac{\underline{\;700\;}}{\;}$2Fe3O4+C.
(2)一定條件下,CO2和CH4反應(yīng)可生產(chǎn)合成氣(CO、H2的混合氣體),其可用于合成多種液體燃料.
已知:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H2=-802.3kJ•mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H2=-41.0kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566.0kJ•mol-1
反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)的△H=+247.7kJ•mol-1
(3)CH4也可經(jīng)催化劑重整生產(chǎn)化工原料,最近科學(xué)家們?cè)诤銣睾闳莸拿荛]體系中利用CH4無(wú)氧重整獲得芳香烴:8CH4(g)$→_{Pt}^{2MPa,550℃}$H2C--CH3(g)+11H2△H=kJ•mol-1
下列有關(guān)該反應(yīng)的說(shuō)法中正確的是BC.
A、可研發(fā)新的催化劑,提高CH4的轉(zhuǎn)化率
B、當(dāng)體系壓強(qiáng)不變時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡
C、當(dāng)有32molC-H鍵斷裂,同時(shí)有11molH-H鍵斷裂,反應(yīng)達(dá)到平衡
D、達(dá)到平衡時(shí),放出(或吸收)的熱量為mkJ
(4)CO2催化加氫可合成低碳烯烴,起始時(shí)在0.1MPa下,以n(H2):n(CO2)=3:1的投料比例將反應(yīng)物放入反應(yīng)器中,發(fā)生反應(yīng):2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)△H,保持壓強(qiáng)不變,不同溫度下,平衡時(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的量如圖2所示:
①曲線Ⅱ表示的物質(zhì)為H2O(填化學(xué)式),該反應(yīng)的△H<(填“>”或“<”)0.
②A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)的反應(yīng)速率v(A)、v(B)的大小關(guān)系為v(A)<v(B).B、C兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K(B)<(填“>”“<”或“=”)K(C)
③為提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可以采取的措施是增大壓強(qiáng)或增大n(H2)/n(CO2)的比值.(舉一種)

分析 (1)①反應(yīng)2Fe3O4$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O2↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià),結(jié)合元素化合價(jià)以及方程式計(jì)算;
②由示意圖可知,重整系統(tǒng)中CO2和FeO反應(yīng)生成Fe3O4和C;
(2)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式,根據(jù)蓋斯定律,由①+②×2-③×2得,CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g);
(3)A、催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡;
B、反應(yīng)前后氣體體積增大,氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比,氣體壓強(qiáng)不變,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);
C、當(dāng)有32molC-H鍵斷裂,同時(shí)有11molH-H鍵斷裂,說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同;
D、依據(jù)化學(xué)方程式分析,區(qū)別焓變和反應(yīng)放出的熱量,焓變是指8mol甲烷完全反應(yīng)放出或吸收的熱量為mkJ;
(4)①根據(jù)題給圖象知,平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量隨溫度的升高而增大,則曲線a代表反應(yīng)物CO2,曲線b、c表示生成物,又曲線b表示的物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量大,結(jié)合方程式分析,曲線b表示的物質(zhì)為H2O,據(jù)題給圖象知,平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量隨溫度的升高而增大,平衡逆向移動(dòng),該反應(yīng)的△H<0;
②溫度越高,反應(yīng)速率越大,反應(yīng)是放熱反應(yīng),升溫平衡逆向進(jìn)行,平衡常數(shù)減小;
③該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的放熱反應(yīng),為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施是增大壓強(qiáng)或增大n(H2)/n(CO2)的比值.

解答 解:(1)①反應(yīng)2Fe3O4$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O2↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià),由方程式可知,2molFe3O4參加反應(yīng),生成1mol氧氣,轉(zhuǎn)移4mol電子,則每分解lmolFe3O4轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol,
故答案為:2mol;
②由示意圖可知,重整系統(tǒng)中CO2和FeO反應(yīng)生成Fe3O4和C,反應(yīng)的方程式為6FeO+CO2$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe3O4+C,故答案為:6FeO+CO2$\frac{\underline{\;700\;}}{\;}$2Fe3O4+C;
(2)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H2=-802.3kJ•mol-1
②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H2=-41.0kJ•mol-1
③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566.0kJ•mol-1
根據(jù)蓋斯定律,由①+②×2-③×2得,CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=[-802.3-2×41.0-(-566)×2]kJ•mol-1=+247.7KJ/mol,
故答案為:247.7;
(3)A、催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡,不能提高CH4的轉(zhuǎn)化率,故A錯(cuò)誤;
B、反應(yīng)前后氣體體積增大,氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比,氣體壓強(qiáng)不變,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故B正確;
C、當(dāng)有32molC-H鍵斷裂,同時(shí)有11molH-H鍵斷裂,說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故C正確;
D、依據(jù)化學(xué)方程式分析,區(qū)別焓變和反應(yīng)放出的熱量,焓變是指8mol甲烷完全反應(yīng)放出或吸收的熱量為mkJ,故D錯(cuò)誤;
故選BC;
(4)①根據(jù)題給圖象知,平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量隨溫度的升高而增大,則曲線a代表反應(yīng)物CO2,曲線b、c表示生成物,又曲線b表示的物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量大,結(jié)合方程式分析,曲線Ⅱ表示的物質(zhì)為H2O,據(jù)題給圖象知,平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量隨溫度的升高而增大,平衡逆向移動(dòng),該反應(yīng)的△H<0;
故答案為:H2O;<;
②溫度越高,反應(yīng)速率越大,B點(diǎn)溫度高,所以A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)的反應(yīng)速率v(A)<v(B),依據(jù)①分析可知反應(yīng)是放熱反應(yīng),升溫平衡逆向進(jìn)行,平衡常數(shù)減小,B點(diǎn)溫度高平衡常數(shù)是小,B、C兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K(B)<K(C);
故答案為:v(A)<v(B);<;
③2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g),該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的放熱反應(yīng),為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施是增大壓強(qiáng)或增大n(H2)/n(CO2)的比值;
故答案為:增大壓強(qiáng)或增大n(H2)/n(CO2)的比值.

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫方法和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用,化學(xué)平衡、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率的影響因素分析,圖象分析判斷是解題關(guān)鍵,題目難度中等.

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:選擇題

19.下列敘述能證明金屬A的金屬性比金屬B強(qiáng)的是( 。
A.A原子的最外層電子數(shù)比B原子的最外層電子數(shù)少
B.A原子的電子層數(shù)比B原子的電子層數(shù)少
C.1mol A從稀硫酸中置換的氫氣比1mol B置換的氫氣多
D.常溫下,A能從冷水中置換出氫氣,而B(niǎo)不能

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

20.下列離子晶體中,熔點(diǎn)最低的是( 。
A.NaClB.KClC.CaOD.MgO

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

17.某同學(xué)為探究元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律,設(shè)計(jì)了如下系列實(shí)驗(yàn).
Ⅰ.(1)向Na2S溶液中通入氯氣出現(xiàn)黃色渾濁,可證明Cl的非金屬性比S強(qiáng),反應(yīng)的離子方程式為S2-+Cl2═S↓+2Cl-
Ⅱ.利用如圖裝置可驗(yàn)證同主族元素非金屬性的變化規(guī)律
(2)若要證明非金屬性:Cl>I,則A中加濃鹽酸,B中加KMnO4(KMnO4與濃鹽酸常溫下反應(yīng)生成氯氣),C中加淀粉碘化鉀混合溶液,C中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:2I-+Cl2═I2+2Cl-觀察到C中溶液變藍(lán)的現(xiàn)象,即可證明.從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)考慮,此裝置缺少尾氣處理裝置,可用NaOH溶液吸收尾氣.發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為:2OH-+Cl2═Cl-+ClO-+H2O.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

4.某抗結(jié)腸炎藥物有效成分的合成路線如下(部分反應(yīng)略去試劑和條件):

已知:(a)
(1)烴A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是
(2)①的反應(yīng)條件是Fe或氯化鐵;②的反應(yīng)類型是取代反應(yīng)或硝化反應(yīng);
(3)下列對(duì)抗結(jié)腸炎藥物有效成分可能具有的物質(zhì)推測(cè)正確的是:ACD;
A.水溶性比苯酚好,密度比苯酚的大
B.能發(fā)生消去反應(yīng)
C.能發(fā)生聚合反應(yīng)
D.既有酸性又有堿性
(4)E與足量NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式是;
(5)寫出所有符合下列條件的E的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:;
a.與E具有相同的官能團(tuán)
b.苯環(huán)上的一硝基取代產(chǎn)物有兩種
(6)已知易被氧化,苯環(huán)上連有烷基時(shí)再引入一個(gè)取代基,常取代在烷基的鄰對(duì)位,而當(dāng)苯環(huán)上連有羧基時(shí)則取代在間位.據(jù)此寫出以A為原料合成化合物的合成路線..(依照題中抗結(jié)腸炎藥物有效成分的合成路線的表達(dá)方式答題)

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

14.如圖是某條件時(shí)N2與H2反應(yīng)過(guò)程中能量變化的曲線圖,下列敘述正確的是( 。
A.該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:2NH3?N2+3H2△H=-92kJ.mol-1
B.生成物的能量之和比反應(yīng)物的能量之和高 92 kJ
C.a曲線是未加入催化劑時(shí)的能量變化曲線
D.加入催化劑可增加正反應(yīng)速率,減小逆反應(yīng)速率

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

1.苯酚環(huán)上含有-C4H9基團(tuán)的同分異構(gòu)體有( 。
A.3種B.9種C.12種D.6種

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

18.當(dāng)有機(jī)化合物分子中的一個(gè)碳原子所連的四個(gè)原子或原子團(tuán)均不相同時(shí),此碳原子就是“手性碳原子”,具有手性碳原子的物質(zhì)往往具有旋光性,存在對(duì)映異構(gòu)體,如等,下列化合物中存在對(duì)映異構(gòu)體的是(  )
A.B.
C.甲酸D.C6H5CH2OCH3

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

19.我國(guó)科學(xué)家成功地研制出長(zhǎng)期依賴進(jìn)口、價(jià)格昂貴的物質(zhì)${\;}_{8}^{18}$O2.下列說(shuō)法正確的是( 。
A.它是${\;}_{8}^{16}$O2的同分異構(gòu)體
B.它是O3的一種同素異形體
C.${\;}_{8}^{18}$O2與${\;}_{8}^{16}$O2互為同位素
D.1mol ${\;}_{8}^{18}$O2分子中含有20mol電子

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案