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乙炔(C2H2)在气焊、气割及有机合成中用途非常广泛,可由电石(CaC2)直接水...

乙炔(C2H2)在气焊、气割及有机合成中用途非常广泛,可由电石(CaC2)直接水化法或甲烷在1500℃左右气相裂解法生产。

(1)电石水化法制乙炔是将生石灰与焦炭在3000℃下反应生成CaC2CaC2再与水反应即得到乙炔。CaC2与水反应的化学方程式为____

(2)已知:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(1)   H1=890.3kJ/mol

C2H2(g)+2.50(g)===2CO2(g)+H2O(1)   H2=1299.6J/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)    H3=571.6kJ/mol

则甲烷气相裂解反应:2CH4(g)===C2H2(g)+3H2(g)H=_____kJ/mol

(3)哈斯特研究得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度()的关系如图所示。

T1℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=c(CH4)。该反应的H____0(“>”“<”)CH4的平衡转化率为____%(保留3位有效数字)。上述平衡状态某一时刻,若改变温度至T2℃,CH40.01mol/(L·s)的平均速率增多,经ts后再次达到平衡,平衡时,c(CH4)=2c(C2H4),则T1_____(“>”“<”)T2t=______s

②列式计算反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)在图中A点温度时的平衡常数K=____(用平衡分压代替平衡浓度计算,lg0.05=1.3)

③由图可知,甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成,为提高甲烷制乙炔的转化率,除改变温度外,还可采取的措施有___________

 

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ +376.4kJ/mol > 66.7% > 5 5×104 可以充入适量的乙烯 【解析】 (1)碳化钙和水反应生成氢氧化钙和乙炔; (2)根据盖斯定律来分析; (3)①分解反应绝大多数为吸热反应;设出CH4的转化浓度,然后根据三段式,利用c(C2H4)=c(CH4)来解答;根据改变温度后,CH4的浓度升高来判断温度的变化;表示出变化后的CH4和C2H4的浓度,然后根据c(CH4)=2c(C2H4)来计算; ②根据平衡常数表达式来计算; ③甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成,为提高甲烷制乙炔的转化率,可以充入适量的乙烯。 (1)碳化钙和水反应生成氢氧化钙和乙炔,反应的化学方程式为:CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑,故答案为CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑; (2)将已知反应依次编号为①、②、③,由盖斯定律将①×4-②-③×可得:2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g),则△H=(-890.3kJ•mol-1 )×4-(-1299.6kJ•mol-1)-(-571.6kJ•mol-1)×=+376.4kJ/mol,故答案为+376.4kJ/mol; (3)①升高温度,平衡向吸热反应方向移动,由图可知,温度升高,C2H4的平衡分压增大,说明反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)向正反应方向移动,则该反应为吸热反应;设平衡时C2H4的平衡浓度为Xmol,由题给数据建立如下三段式: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 起(mol/L)0.3 0 0 变(mol/L)2X X 2X 平(mol/L)0.3—2X X 2X 由c(C2H4)=c(CH4)可得0.3—2X=X,解得X=0.1mol,CH4的平衡转化率=×100%=66.7%;改变温度后,CH4的浓度升高,说明平衡向正反应方向移动,则温度应为降低,即T1>T2;由于CH4以0.01mol/(L•s)的平均速率增多,经ts后再次达到平衡,故在ts的时间内,CH4的浓度变化为0.01tmol/L,利用三段式来计算: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 起(mol/L)0.1 0.1 0.2 变(mol/L)0.01t 0.005t 0.01t 平(mol/L)0.1+0.01t 0.1—0.005t 0.2—0.01t 由c(CH4)=2c(C2H4)可得0.1+0.01t=2×(0.1-0.005t),解得t=5S,故答案为>;66.7%;>;5; ②由图中数据可知,A点温度时,C2H2平衡分压为0.05 Pa,H2平衡分压为104Pa,CH4平衡分压为103Pa,则平衡常数K==5×104 Pa,故答案为5×104; ③甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成,充入适量的乙烯,可抑制甲烷向乙烯的转化,从而提高甲烷制乙炔的转化率,故答案为可以充入适量的乙烯。
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考点分析:
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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)

 

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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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