【題目】中科院一項最新成果實現(xiàn)了甲烷高效生產(chǎn)乙烯,甲烷在催化作用下脫氫,在氣相 中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應(yīng)生成乙烯,其反應(yīng)如下:2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g) ΔH>0
化學(xué)鍵 | H—H | C—H | C = C | C—C |
E(kJ / mol) | a | b | c | d |
(1)已知相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如上表,甲烷制備乙烯反應(yīng)的ΔH=_____________ (用含a.b.c.d的代數(shù)式表示)。
(1)T1溫度時,向1 L的恒容反應(yīng)器中充入2 molCH4 ,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中 0~15 min CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖,測得10-15 min時H2的濃度為1.6 mol/L。
①0~ 10 min內(nèi)CH4表示的反應(yīng)速率為____mol/(Lmin) o
②若圖中曲線a、曲線b分別表示在溫度T1時,使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑 時,達到平衡過程中n (CH4)變化曲線,其中表示催化劑表面積較大的曲線是 ________ (填"a"或 “b”)。
③15 min時,若改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n( CH4)發(fā)生圖中所示變化,則改變的條件可能是_____(任答一條即可)。
(3)實驗測得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4).c2(H2) 其中K正、K逆為速率常數(shù)僅與溫度有關(guān),T1溫度時k正與K逆的比值為______ (填數(shù)值)。若將溫度由T1升高到T2,則反應(yīng)速率增大的倍數(shù)V正 ____V逆(選填“〉”、“=”或“<”),判斷的理由是__________
(4)科研人員設(shè)計了甲烷燃料電池并用于電解。如圖所示,電解質(zhì)是摻雜了 Y2O3與 ZrO2的固體,可在高溫下傳導(dǎo)O2-
①C極的Pt為_______ 極(選填“陽”或“陰” )。
②該電池工作時負極反應(yīng)方程式為_____________________ 。
③用該電池電解飽和食鹽水,一段時間后收集到標(biāo)況下氣體總體積為112 mL,則陰極區(qū)所得溶液在25 0C時pH=_______ (假設(shè)電解前后NaCl溶液的體積均為500 mL)。
【答案】+ (4b-c-2a) kJmoL-1 0.16 b 升高溫度或減小壓強 12.8 > 溫度升高,k正增大的倍數(shù)大于k逆 陽 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 12
【解析】
(1)ΔH=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能;
(2)①根據(jù)v=Δc/Δt,同一反應(yīng),各物質(zhì)速率比等于化學(xué)計量數(shù)之比分析作答;
②催化劑能加快反應(yīng)速率,催化劑表面積越大,催化效果越好;
③反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進行,n(CH4)減;反應(yīng)物氣體體積小于生成物,減小壓強,平衡向正反應(yīng)方向進行,n(CH4)減;
(3)達到平衡時正逆反應(yīng)速率相等,有v正=v逆,即k正c2(CH4)=k逆c(C2H4).c2(H2),則k正/k逆=c(C2H4)·c2(H2)/c2(CH4)=K,利用三段式把平衡常數(shù)K計算出來即可解答。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動;
(4)①對于燃料電池,通燃料一極為負極,通氧氣一極為正極;對于電解池,連接電源正極的為陽極,連接電源負極的為陰極;
②根據(jù)圖示,燃料電池的負極是甲烷生成H2O和CO2的反應(yīng);
③電解飽和食鹽水的離子方程式為,再根據(jù)氣體和OH-的比例關(guān)系計算OH-的濃度,再算出pH。
(1)ΔH=[2×4b-(c+4b)-2a]kJmoL-1=+(4b-c-2a) kJmoL-1,答案:+ (4b-c-2a)kJmoL-1;
(2)①,v(H2)=v(CH4)=0.16mol/(L·min),答案:0.16;
②催化劑表面積越大,催化效果越好,速率越快,達到平衡所需的時間越短,所以曲線b的催化劑表面積較大,答案:b;
③15 min時,改變外界反應(yīng)條件,導(dǎo)致n(CH4)減小,說明平衡向消耗CH4的方向移動,所以改變的條件可能是升高溫度或減小壓強,答案:升高溫度或減小壓強;
(3) 2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g)
c始(mol/L) 2 0 0
Δc(mol/L)1.6 0.8 1.6
c末(mol/L) 0.4 0.8 1.6
T1溫度時,該反應(yīng)的平衡常數(shù),且達到平衡時有v正=v逆,即k正c2(CH4)=k逆c(C2H4).c2(H2),則k正/k逆=c(C2H4).c2(H2)/c2(CH4)=K=12.8。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),所以升高溫度,平衡正向移動,v正>v逆。答案:12.8;>;溫度升高,k正增大的倍數(shù)大于k逆;
(4)①甲烷燃料電池,通燃料一極為負極,通氧氣一極為正極,所以C極為電解池的陽極,D極為電解池的陰極;答案:陽;
②根據(jù)圖示,燃料電池的負極是甲烷生成H2O和CO2的反應(yīng),所以電極反應(yīng)為CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O,答案:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O;
p>③根據(jù)離子方程式可知,電解一段時間后,共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體112mL,則所得溶液的,,pH=12;答案:12。科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列事實可以用勒夏特列原理解釋的是( )
A. 新制的氯水在光照條件下顏色變淺
B. 使用催化劑,提高合成氨的產(chǎn)量
C. 高錳酸鉀(KMnO4)溶液加水稀釋后顏色變淺
D. H2、I2、HI平衡混合氣體加壓后顏色變深
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】硅及其化合物有許多用途,回答下列問題:
(1)基態(tài)Si原子價層電子的排布圖(軌道表達式)為_________,含有長硅鏈的化合物不是氫化物,而是氯化物。主要原因是F比H多了一種形狀的原子軌道,該原子軌道的形狀為___________。
(2)SiF4分子的立體構(gòu)型為_______形,SiCl4的熔、沸點均高于SiF4,主要原因是________________。
(3)SiF4可KF反應(yīng)得K2SiF6晶體,該晶體可用于制取高純硅,K2SiF6晶體中微觀粒子之間的作用力有______。
a.離子鍵 b.共價鍵 c.配位鍵 d.分子間作用力 e.氫鍵
(4)H4SiO4的結(jié)構(gòu)簡式如圖(1),中心原子Si的軌道雜化類型為_________,H4SiO4在常溫下能穩(wěn)定存在,但H4CO4不能,會迅速脫水生成H2CO3,最終生成CO2,主要原因是___________。
(5)硅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖(2)所示,若該立方晶胞的邊長為a nm,阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值為NA,則距離最近的兩個硅原子間的距離為_____nm,晶體硅密度的計算表達式為_____g/cm3。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】“低碳經(jīng)濟”備受關(guān)注,CO2的排集、利用與封存成為科學(xué)家研究的重要課題。
(1)將一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)
CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)
①已知CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802kJ·mol-1
CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) △H3=-41kJ·mol-1
則反應(yīng)CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)的△H=___________。
(2)為了探究反應(yīng)CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)的反應(yīng)速率和平衡。起始時,向恒容密閉容器中通入CO2與CH4,使其物質(zhì)的量濃度均為1.0mol·L-1
①平衡時,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出兩條反應(yīng)速率與濃度關(guān)系曲線(如圖):v正(CO2)和v逆(CO),則與v正(CO2)相對應(yīng)的是圖中曲線___________(填“甲”或“乙”);該反應(yīng)達到平衡后,某一時刻降低溫度反應(yīng)重新達到平衡,則此時曲線甲對應(yīng)的平衡點可能為___________(填“D”“E”或“F”),判斷的理由______________________。
②又測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系如圖,當(dāng)壓強為P2時,在y點:v(正)___________v(逆)(選填“大于”、“小于”或“等于”);壓強p1___________p2(選填“大于”、 “小于”或“等于”),原因是___________;
若p2=6MPa,則T℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___________MPa2(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】實驗測得0.01mol/L的KMnO4的硫酸溶液和0.1mol/L的H2C2O4溶液等體積混合后,反應(yīng)速率υ[mol/(L · s)]與反應(yīng)時間t(s)的關(guān)系如圖所示。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4==K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
回答如下問題:
(1)0→t2時間段內(nèi)反應(yīng)速率增大的原因是: _________________________________ ,
(2)t2→t時間段內(nèi)反應(yīng)速率減小的原因是: _______________ ,
(3)圖中陰影部分“面積”表示t1→t3時間里________ 。
A.Mn2+物質(zhì)的量濃度的增大 B.Mn2+物質(zhì)的量的增加
C.SO42-物質(zhì)的量濃度 D.MnO4-物質(zhì)的量濃度的減小
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某溫度下,將氯氣通入NaOH溶液中,反應(yīng)得到NaCl、NaClO、的混合液,經(jīng)測定溶液中與的離子個數(shù)比為1:4,則該反應(yīng)中被還原與被氧化的的分子個數(shù)比為( )
A.21:5B.11:3C.5:1D.3:1
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】核安全與放射性污染防治已引起廣泛關(guān)注。在爆炸的核電站周圍含有放射性物質(zhì) 碘-131和鈣-137。碘-131 —旦被人體吸入,可能會引發(fā)甲狀腺腫大等疾病。
(1)與鈉同主族的前四周期(包括第四周期)的三種元素X、Y、Z的第一電離能如下表:
元素代號 | X | Y | Z |
第一電離能/(kJ.mol) | 520 | 496 | 419 |
基態(tài)Z原子倒數(shù)第二層電子的排布式為______。X、Y、Z三種元素形成的單質(zhì)熔點由高到低的順序為_______(用元素符號表示),其原因為___________ .
(2)F與I同主族,BeF2分子中心原子的雜化類型為_________ ,BeF2分子是________分子(選填“極性”或“非極性”)。
(3)已知高碘酸有兩種形式,化學(xué)式分別為H5IO6 和HIO4 ,二者酸性強弱順序為:H5IO6 ________HIO4(選填">"或"<"“=”)。從電子云的重疊方式的角度分析,H5IO6分子中的化學(xué)鍵有________(寫出兩種).
(4)131I2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示,該晶胞中平均含有________個131I原子,晶體中碘分子的排列有_________種不同的方向。
(5)KI的晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示,每個K+周圍緊鄰的K+個數(shù)為_______個。KI晶體的密度為ρg.cm-3 ,K和I的原子半徑分別為rkcm和rI cm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則 KI晶胞中的空間利用率為_______. [空間利用率=(球體積/晶胞體積)×100%,用相關(guān)字母的代數(shù)式表示即可]
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】實驗室以綠礬(FeSO4·7H2O)為鐵源制備補血劑甘氨酸亞鐵[(NH2CH2COO)2Fe],有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)如下:
甘氨酸((NH2CH2COOH) | 檸檬酸 | 甘氨酸亞鐵 |
易溶于水,微溶于乙醇,兩性化合物 | 易溶于水和乙醇,有強酸性和還原性 | 易溶于水,難溶于乙醇 |
實驗過程:
Ⅰ.配制含0.10molFeSO4的水溶液。
Ⅱ.制備FeCO3:向配制好的FeSO4溶液中,緩慢加入200mL 1.1mol·L-1NH4HCO3溶液,邊加邊攪拌,反應(yīng)結(jié)束后過濾并洗滌沉淀。
Ⅲ.制備(NH2CH2COO)2Fe:實驗裝置如圖(夾持和加熱儀器已省略),將實驗Ⅱ得到的沉淀(過量)和含0.20mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中的反應(yīng)將C中空氣排盡,接著滴入檸檬酸溶液并加熱。反應(yīng)結(jié)束后過濾,濾液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥后得到產(chǎn)品。
回答下列問題:
(1)儀器P的名稱是_______。
(2)實驗Ⅰ配制FeSO4溶液時,為防止FeSO4被氧化變質(zhì),應(yīng)加入的試劑為_______(填化學(xué)式)。
(3)實驗Ⅱ中,生成沉淀的離子方程式為_____。
(4)實驗Ⅲ中,
①檢查裝置A的氣密性的方法是______。
②檸檬酸可調(diào)節(jié)pH,體系pH與產(chǎn)率的關(guān)系如下表:
實驗 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
體系pH | 4.0 | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 7.0 | 7.5 |
產(chǎn)率/% | 65.74 | 74.96 | 78.78 | 83.13 | 85.57 | 72.98 | 62.31 | 56.86 |
pH過低會使產(chǎn)率下降,其原因是______;檸檬酸的作用還有_____(填字母)。
A.作催化劑
B.作反應(yīng)終點指示劑
C.促進FeCO3溶解
D.防止二價鐵被氧化
③洗滌實驗Ⅲ中得到的沉淀,所選用的最佳洗滌試劑是_____(填字母)。
A.熱水 B.稀硫酸
C.乙醇 D.檸檬酸溶液
(5)若產(chǎn)品的質(zhì)量為16.32g,則產(chǎn)率為_____。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】已知:N2O4(g)2NO2(g),將裝有N2O4和NO2混合氣體的燒瓶浸入熱水中,燒瓶內(nèi)混合氣體的顏色逐漸變深。下列結(jié)論不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是
A. 燒瓶內(nèi)氣體的質(zhì)量不再變化
B. 燒瓶內(nèi)氣體的顏色不再變化
C. 燒瓶內(nèi)氣體的壓強不再變化
D. N2O4的消耗速率與NO2的消耗速率之比為1:2
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