Question

【題目】CH4超干重整CO2技術(shù)可得到富含CO的氣體，用于生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品。該技術(shù)中的化學(xué)反應(yīng)為：CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH=+330kJ/mol

（1）下圖表示初始投料比n(CH4):n(CO2)為1:3或1:4，CH4的轉(zhuǎn)化率在不同溫度（T1、T2）下與壓強(qiáng)的關(guān)系。[注：投料比用a1、a2表示]

①a2=__________。

②判斷T1的T2的大小關(guān)系，并說(shuō)明理由：__________。

（2）CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化原理示意圖如下：

①過(guò)程Ⅰ，生成1mol H2時(shí)吸收123.5kJ熱量，其熱化學(xué)方程式是__________。

②過(guò)程Ⅱ，實(shí)現(xiàn)了含氫物種與含碳物種的分離。生成H2O(g)的化學(xué)方程式是__________。

③假設(shè)過(guò)程Ⅰ和過(guò)程Ⅱ中的各步均轉(zhuǎn)化完全，下列說(shuō)法正確的是__________。（填序號(hào)）

a．過(guò)程Ⅰ和過(guò)程Ⅱ中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)

b．過(guò)程Ⅱ中使用的催化劑為Fe3O4和CaCO3

c．若過(guò)程Ⅰ投料，可導(dǎo)致過(guò)程Ⅱ中催化劑失效

【答案】 1:4 T2>T1 正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率增大 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol 4H2+Fe3O43Fe+4H2O ac

【解析】(1). ①.在相同條件下，投料比越小，甲烷的轉(zhuǎn)化率越大，據(jù)圖可知，a2＞a1，故a2表示的是1:4時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率，故答案為：1:4；

②. 因CH4(g)+3CO2(g)2H2O(g)+4CO(g)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)，平衡正向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，則T2>T1，故答案為：T2>T1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率增大；

(2). ①.在過(guò)程I中，生成1mol H2時(shí)吸收123.5kJ熱量，據(jù)圖可知，其熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol，故答案為：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol；

②. 由過(guò)程II的轉(zhuǎn)化關(guān)系來(lái)看，混合氣體中的H2將Fe3O4還原為Fe，反應(yīng)方程式為：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O，故答案為：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O；

③. a. 兩個(gè)過(guò)程都有元素化合價(jià)的改變，都發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，故a正確；b. 過(guò)程II中Fe3O4最終被還原為Fe，Fe3O4不是催化劑，故b錯(cuò)誤；c. 若初始投料比時(shí)，二者恰好按照題給方程式反應(yīng)，無(wú)CO2生成，導(dǎo)致CaCO3無(wú)法參加反應(yīng)，使催化劑中毒失效，故c正確；答案選ac。

【題型】綜合題
【結(jié)束】
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【題目】工、農(nóng)業(yè)廢水以及生活污水中濃度較高的會(huì)造成氮污染。工業(yè)上處理水體中的一種方法是零價(jià)鐵化學(xué)還原法。某化學(xué)小組用廢鐵屑和硝酸鹽溶液模擬此過(guò)程，實(shí)驗(yàn)如下。

（1）先用稀硫酸洗去廢鐵屑表面的鐵銹，然后用蒸餾水將鐵屑洗凈。

①除銹反應(yīng)的離子反程式是__________。

②判斷鐵屑洗凈的方法是__________。

（2）將KNO3溶液的pH調(diào)至2.5。從氧化還原的角度分析調(diào)低溶液pH的原因是__________。

（3）將上述處理過(guò)的足量鐵屑投入（2）的溶液中。如圖表示該反應(yīng)過(guò)程中，體系內(nèi)相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間變化的關(guān)系。請(qǐng)根據(jù)圖中信息回答：

①t1時(shí)刻前該反應(yīng)的離子方程式是__________。

②t2時(shí)刻后，該反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒(méi)有增大，可能的原因是__________。

（4）鐵屑與KNO3溶液反應(yīng)過(guò)程中向溶液中加入炭粉，可以增大該反應(yīng)的速率，提高的去除效果，其原因是__________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 測(cè)最后一次洗滌液的pH，若為7，則說(shuō)明鐵屑已洗凈（或取少量最后一次洗滌液加入BaCl2溶液，若無(wú)明顯現(xiàn)象，則說(shuō)明鐵屑已洗凈） 在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原 4Fe++10H+=4Fe2+++3H2O 生成的Fe2+水解 炭粉和鐵構(gòu)成了無(wú)數(shù)微小的原電池加快反應(yīng)速率

【解析】(1). ①. 鐵銹的主要成分是Fe2O3，與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，故答案為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

②. 判斷鐵屑是否洗凈的方法是測(cè)最后一次洗滌液的pH，若為7，則說(shuō)明鐵屑已洗凈，故答案為：測(cè)最后一次洗滌液的pH，若為7，則說(shuō)明鐵屑已洗凈；

(2). pH調(diào)至2.5，是因?yàn)?/span>NO3－在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原，故答案為：NO3－在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原；

(3). ①. 根據(jù)圖示可知，在t1時(shí)刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則在t1時(shí)刻前是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，即4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O，故答案為：4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O；

②. 根據(jù)反應(yīng)4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O可知，溶液中NH4＋的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒(méi)有增大，所以原因是生成的Fe2+水解所致，故答案為：生成的Fe2+水解；

(4). 構(gòu)成原電池可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，炭粉和鐵屑構(gòu)成了無(wú)數(shù)微小的原電池加快反應(yīng)速率，故答案為：炭粉和鐵構(gòu)成了無(wú)數(shù)微小的原電池加快反應(yīng)速率。