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中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基...

中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基偶联反应生成乙烯,其反应如下: 2CH4(g)  C2H4(g) +2H2(g) ΔH>0

化学键

H—H

C—H

C = C

C—C

E(kJ / mol)

a

b

c

d

 

(1)已知相关化学键的键能如上表,甲烷制备乙烯反应的ΔH=___________  (用含a.b.c.d的代数式表示)

(2)T1温度时,向1 L的恒容反应器中充入2 molCH4 ,仅发生上述反应,反应过程中 0~15 min CH4的物质的量随时间变化如图1所示,测得10-15 minH2的浓度为1.6 mol/L

0~ 10 minCH4表示的反应速率为____mol/(Lmin) o

②若图中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n (CH4)变化曲线,其中表示催化剂表面积较大的曲线是 ________    ("a" “b”)

15 min,若改变外界反应条件,导致n( CH4)发生图中所示变化,则改变的条件可能是_____(任答一条即可)

(3)实验测得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4).c2(H2) 其中KK为速率常数仅与温度有关,T1温度时kK的比值为______ (填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数V    ____V(“>”““<”),判断的理由是__________  

(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示,电解质是掺杂了 Y2O3 ZrO2的固体,可在高温下传导O2-

C极的Pt_______    (选填” )

②该电池工作时负极反应方程式为_____________________   

③用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标况下气体总体积为112 mL,则阴极区所得溶液c(OH)=_______ (假设电解前后溶液的体积均为500 mL)

 

+ (4b-c-2a) kJ•moL-1 0.16 b 升高温度 或减小压强或减小某一生成物浓度 12.8 > 该反应ΔH>0,温度升高,平衡向正反应方向移动,即V正 > V逆,也就是k正增大的倍数大于k逆 阳 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 0.01mol·L-1 【解析】 ⑴根据焓变公式进行计算。 ⑵已知氢气的浓度,可以先算氢气的速率,再算甲烷的速率,根据图像分析表面积越大,催化效果越好,甲烷的量在减少,说明平衡正向移动,可以通过减小压强,升高温度等来影响平衡移动。 ⑶通过平衡是速率相等计算,升高温度,平衡正向移动,正反应速率比逆反应速率增加得快。 ⑷原电池中燃料作负极,氧化剂作正极,连接正极的是电解池的阳极,根据电解质书写负极电极反应,再根据电解方程式计算氢氧根浓度。 ⑴焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和,ΔH=(8b -4b -c-2a) kJ•moL-1 = + (4b-c-2a) kJ•moL-1,故答案为:+ (4b-c-2a) kJ•moL-1。 (2)①0~ 10 min内氢气的反应速率为,甲烷的速率等于氢气的速率,因此CH4的速率0.16mol∙L-1・min-1,故答案为:0.16mol∙L-1・min-1。 ②若图中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n (CH4)变化曲线,其中表示催化剂表面积较大则催化效果更好,反应速率更快,因此催化剂表面积较大的曲线是b,故答案为:b。 ③根据图像得出甲烷的物质的量减小,说明正向移动,则可能是升高温度或减小压强或减小某一生成物浓度,故答案为:升高温度 或减小压强或减小某一生成物浓度。 (3)实验测得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4).c2(H2),T1温度时v正= v逆,此时氢气浓度为1.6 mol/L,则甲烷浓度改变量为1.6 mol/L,乙烯改变量为0.8 mol/L,则甲烷平衡时浓度为0.4 mol/L,乙烯平衡时浓度为0.8 mol/L,,k正与K逆的比值为12.8。若将温度由T1升高到T2,该反应ΔH>0,温度升高,平衡向正反应方向移动,V正>V逆,则反应速率增大的倍数V正 >V逆,判断的理由是该反应ΔH>0,温度升高,平衡向正反应方向移动,即V正 > V逆,也就是k正增大的倍数大于k逆,故答案为:>;该反应ΔH>0,温度升高,平衡向正反应方向移动,即V正 > V逆,也就是k正增大的倍数大于k逆。 (4)①根据分析原电池中燃料甲烷作负极,氧气作正极,连接正极的C极的Pt为阳极,故答案为:阳。 ②原电池工作时负极为甲烷,其反应方程式为CH4-8e-+4O2-= CO2+2H2O,故答案为:CH4-8e-+4O2-= CO2+2H2O。 ③电解饱和食盐水,生成氢气和氧气物质的量相等,电解反应方程式为2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑+ Cl2↑,一段时间后收集到标况下气体总体积为112 mL即0.005 mol气体,根据方程式关系,阴极区所得溶液n(OH-)=0.005mol,,故答案为:0.01mol·L-1。  
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考点分析:
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在工业合成尿素时常用作原料进行生产.

如图为合成氨反应,氮气、氢气按体积比为13投料时不同温度和压强、使用相同催化剂条件下,平衡混合物中氨的体积分数图象.

若分别用表示从反应开始至达平衡状态AB时的化学反应速率,则 ______

下,的转化率为

______ 计算结果保留小数点后1

氨水与的盐酸等体积混合,若反应后混合溶液显碱性,则反应混合液中各离子浓度由大到小的顺序为 ______

经过两步反应生成尿素,两步反应的能量变化示意图如下:

反应生成尿素的热化学方程式为 ______

工业上合成尿素时,既能加快反应速率,又能提高原料利用率的措施有 ______ 填序号

A.升高温度   加入催化剂   将尿素及时分离出去  增大反应体系的压强

某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为的密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分随时间的变化如图所示:

已知总反应的速率通常由慢的一步反应决定,则合成尿素总反应的速率由第 ______ 步反应决定.

反应进行到10min时测得的物质的量如图所示,则用表示的第一步反应的速率 ______

 

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氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。

1)室温下,0.1mol/L的亚硝酸(HNO2)、次氯酸的电离常数Ka分别为:7.1×10-62.98×10-9HNO2的酸性比HClO_______(填);将0.1mol/L的亚硝酸加水稀释100倍,cH+_______(填不变增大减小),Ka________(同上)

2NaNO2NaCl都是白色粉末且都有咸味,但NaNO2有毒,具有致癌性。通常它们可以通过加入热的白醋(CH3COOH)鉴别,NaNO2遇到白醋会产生一种红棕色气体和一种无色气体,它们的组成元素相同。该反应的离子方程式为____________

3)磷及部分重要化合物的相互转化如图甲所示。

①“步骤Ⅰ”为白磷的工业生产方法之一,反应在1300℃的高温炉中进行,焦炭的作用是__________

不慎将白磷沾到皮肤上,可用0.2mol/LCuSO4溶液冲洗,步骤Ⅱ”涉及的反应中氧化剂是_________

4)若处理后的废水中cPO43-=4×10-7mol/L,则溶液中cCa2+)不会超过________mol/L。(Ksp[Ca2PO43]=2×10-29

5)某液氨液氧燃料电池装置示意图如图乙所示,该燃料电池以NaOH为电解质。该电池在工作时,电极2”_______极(填);电极1”表面发生的电极反应式为_________

 

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优先反应思想是一条重要的化学学科思想.根据所学知识及题目提供的相关数据,回答下列问题:

溶液中滴加少量氯水,溶液变黄.你认为使溶液变黄的微粒其符号是 ______ ,用实验证明你的观点,简述实验操作及现象 ______

用惰性电极电解由等物质的量的NaBrKINaCl组成的混合溶液,阳极首先发生的电极反应式是 ______

已知常温下一些电解质的相关数据如表:

 

 

 HClO

 

 

 AgCl

 

 

 

 

 

 

向等物质的量浓度的NaClO组成的混合溶液中逐滴加入稀硫酸,首先发生反应的离子方程式是 ______

向浓度均为NaCl组成的混合溶液中逐滴加入浓度为溶液,首先生成的沉淀其化学式为 ______

分别向四份各100mL、浓度均为溶液中,加入铁、铜组成的均匀粉末状混合物,得到如下数据:

 

 FeCl3溶液体积

 100

 100

 100

 100

 加入粉末质量

 3

 

 9

 12

 剩余粉末质量

 0

 

 

 

 

根据表中的数据可求出粉末中铁、铜的物质的量之比为 ______

根据表中的数据分析Ⅰ反应后的溶液中存在的金属阳离子有用离子符号表示 ______

 

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高炉炼铁中常见的反应为

某实验小组在实验室模拟上述反应。一定温度下,在盛有粉末的恒容密闭容器中通入5min时生成内用CO表示的平均反应速率是______5minCO的转化率为______;若将此时反应体系中的混合气体通入NaOH溶液中,所得溶液中离子浓度由大到小的顺序是______

上述反应的平衡常数表达式______;判断该反应已经达到平衡状态的依据是______填序号

容器内固体质量保持不变    容器中气体压强保持不变

           

已知上述反应的平衡常数K与温度单位:之间的关系如图所示。

根据图象可知,该反应的平衡常随温度升高而______增大”“减小不变

结合上述有关信息,指出两条提高CO的平衡转化率的措施:______写两条

 

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ABCDE为原子序数依次增大的五种短周期元素,其中仅含有一种金属元素,AD最外层电子数相同;BCE在周期表中相邻,且CE同主族。BC的最外层电子数之和等于D的原子核外电子数,AC可形成两种常见的液态化合物。

请回答下列问题:

1CDE三种原子对应的离子半径由大到小的顺序是___________(填具体离子符号);ABC三种元素按 4:2:3组成的化合物所含的化学键类型属于_____________________

2)用某种废弃的金属易拉罐与 ACD组成的化合物溶液反应,该反应的离子方程式为:______________________________________________________

3AC两元素的单质与熔融K2CO3,组成的燃料电池,其负极反应式为_______________________

用该电池电解1L1mol/LNaCl溶液,当消耗标准状况下1.12LA2时, NaCl溶液的pH_____(假设电解过程中溶液的体积不变)

4)可逆反应2EC2(气)+C2(气)2EC3(气)在两个密闭容器中进行, A容器中有一个可上下移动的活塞, B 容器可保持恒容 (如图所示) ,若在 A B 中分别充入lmolC22molEC2,使V (A ) =V( B ) ,在相同温度下反应,则:达平衡所需时间:t(A )______t ( B )(填>、<、二,或:无法确定,下同)。平衡时 EC2的转化率:a A )_______ a B )。

5)欲比较CE两元素的非金属性相对强弱,可采取的措施有_____________(序号”)

a.比较这两种元素的气态氢化物的沸点  

b.比较这两种元素的单质在常温下的状态

c.比较这两种元素的气态氢化物的稳定性 

d.比较这两种元素的单质与氢气化合的难易

 

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