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合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成甲醇、二甲醚等清洁燃料。从天然气获得...

合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成甲醇、二甲醚等清洁燃料。从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有:

CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)     H1=+206.1 kJ/mol

CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)    H2=+247.3 kJ/mol

CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)      H3

请回答下列问题:

(1)在一密闭容器中进行反应①,测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图所示:

则反应前5min的平均反应速率v(H2)______10min时,改变的外界条件可能是_______(填代号)

A.压缩体积     B.增大体积     C.升高温度     D.加入催化剂

(2)如图所示,在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4CO2,使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②,并维持反应过程中温度不变。

已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图像如图所示,请在图中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像_______

(3)反应③中△H3________800℃时,反应③的化学平衡常数K1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见表:

CO

H2O

CO2

H2

0.5mol

8.5mol

2.0mol

2.0mol

 

 

此时反应③中正、逆反应速率的关系式是________(填代号)

a.v()>v()     b.v()<v()     c.v()v()     d.无法判断

(4)800K时向下列三个密闭容器中各充入2 mol H21 mol CO,发生反应:2H2(g)CO(g)CH3OH(g)  H<0,若三容器初始体积相同,甲容器在反应过程中保持压强不变,乙容器保持体积不变,丙容器维持绝热,三容器各自建立化学平衡。

.     .     .

①达到平衡时,平衡常数K()________K()K()________K()(”)

②达到平衡时H2的浓度c(H2)()________c(H2)()c(H2)()________c(H2)()(”)

(5)在以甲醇为燃料的电池中,电解质溶液为碱性,负极的电极反应式为_________,甲醇应用于燃料电池比甲醇直接用作燃料燃烧的优点是_______(回答一条即可)

 

0.3mol·L-1·min-1 BC - 41.2 kJ/mol a = > > < CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 能量转化效率高或水、电、热联供等 【解析】 (1)根据图可知,前5min之内,甲烷的浓度变化量为0.5mol/L,v(CH4)==0.1mol·L-1·min-1,反应速率等于其化学计量数之比,v(H2)=3v(CH4)= 0.3mol·L-1·min-1,10min时甲烷的浓度继续减小,且反应速率增大,该反应向正反应方向移动,而该反应为吸热反应,且反应前后气体分子数增大的反应,则增大体积、升高温度符合题意,选BC;故答案为:0.3mol·L-1·min-1;BC; (2)甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,且甲、乙两容器初始容积相等,由图可知,甲的体积不变,乙的压强不变,则假定甲不变,乙中发生CH4+CO2⇌2CO+2H2,其体积增大,则相当于压强减小,化学平衡向正反应方向移动,乙容器中CH4的转化率增大,但压强小,反应速率减慢,则达到平衡的时间变长,则乙中CH4的转化率随时间变化的图象为:;故答案为:; (3)已知,①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206.1 kJ/mol ②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H2=+247.3 kJ/mol ③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3 由盖斯定律可得:①-②可得③反应,△H3=△H1-△H2=206.1 kJ/mol-247.3 kJ/mol=- 41.2 kJ/mol,由表格中的数据可知,气体的体积相同,则物质的量与浓度成正比,Qc=< K=1.0,该反应向正反应方向移动,则正反应速率大于逆反应速率,选a;故答案为: - 41.2 kJ/mol ;a; (4)①800K时,平衡常数不变,甲乙容器温度不变,平衡常数不变,丙容器绝热,温度升高平衡逆向进行,平衡常数减小, K(甲=K(乙),K(乙)> K(丙);故答案为:=;>; ②达到平衡时都和乙容器中的H2浓度比较,依据平衡移动原理,甲容器在反应过程中保持压强不变,容器体积减小,H2浓度增大,乙容器保持体积不变,随着反应的进行压强减小,丙容器维持绝热反应过程,温度升高平衡逆向进行H2度增大, 所以达到平衡时, c(H2)(甲)>c(H2)(乙);c(H2)(乙);<; (5)甲醇为燃料的电池中,甲醇为负极,失去电子,发生氧化反应,氧气为正极,得到电子,发生还原反应,电解质溶液为碱性时,负极的电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,甲醇应用于燃料电池比甲醇直接用作燃料燃烧的优点为能量转化效率高,水、电、热联供等优点;故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;能量转化效率高或水、电、热联供等。
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考点分析:
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2019年诺贝尔化学奖授予在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。锂离子电池的广泛应用要求处理电池废料以节约资源、保护环境。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成)中的资源,部分流程如图:

已知:Ksp(Li2CO3)1.6×103。部分物质的溶解度(S)如表所示:

T/

S(Li2CO3)/g

S(Li2SO4)/g

S(Li3PO4)/g

S(LiH2PO4)/g

20

1.33

34.2

0.039

126

80

0.85

30.5

——

——

 

 

(1)将回收的废旧锂离子电池进行预放电、拆分破碎、热处理等预处理,筛分后获得正极片。下列分析你认为合理的是__________

A.废旧锂离子电池在处理之前需要进行彻底放电,否则在后续处理中,残余的能量会集中释放,可能会造成安全隐患。

B.预放电时电池中的锂离子移向负极,不利于提高正极片中锂元素的回收率。

C.热处理过程可以除去废旧锂离子电池中的难溶有机物、碳粉等。

(2)写出碱溶时主要发生反应的离子方程式:________

(3)为提高酸浸的浸出率,除粉碎、搅拌、升温外,还可采用的方法有______(写出一种即可)

(4)酸浸时产生标况下3.36 L NO时,溶解LiFePO4________mol(其他杂质不与HNO3反应)

(5)若滤液②中c(Li)4 mol·L1,加入等体积的Na2CO3后,沉淀中的Li元素占原Li元素总量的90%,计算滤液③中c(CO32)__________mol/L

(6)流程中用热水洗涤的原因是________

(7)工业上将回收的Li2CO3FePO4粉碎与足量炭黑混合高温灼烧再生制备LiFePO4,写出反应的化学方程式:_________

 

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已知KaKbKwKhKsp分别表示弱酸的电离平衡常数、弱碱的电离平衡常数,水的离子积常数、盐的水解平衡常数、难溶电解质的溶度积常数。通过查阅资料获得温度为25℃时以下数据:Kw1.0×1014Ka(CH3COOH)1.8×105Ka(HSCN)0.13Ka(HF)4.0×104Ksp[Mg(OH)2]1.8×1011

(1)有关上述常数的说法正确的是__________

a.它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度

b.所有弱电解质的电离常数和难溶电解质的Ksp都随温度的升高而增大

c.常温下,CH3COOH在水中的Ka大于在饱和CH3COONa溶液中的Ka

d.一定温度下,在CH3COONa溶液中,KwKa·Kh

(2)25℃时,1.0 mol·L1 HF溶液的pH约等于__________(已知lg2≈0.3)。将浓度相等的HFNaF溶液等体积混合,判断溶液呈_______(”)性,并结合有关数据解释原因:_____________

(3)已知CH3COONH4溶液为中性,又知CH3COOH溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,现有25℃时等浓度的四种溶液:A.NH4ClB.NH4SCNC.CH3COONH4D.NH4HCO3。回答下列问题:

①试推断NH4HCO3溶液的pH__________7(”)

②将四种溶液按NH4浓度由大到小的顺序排列是:__________(填序号)

NH4SCN溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为_________

(4)为探究Mg(OH)2在酸中的溶解性,利用以上数据可以计算出反应:Mg(OH)2(s)2CH3COOH(aq)Mg2(aq)2CH3COO(aq)2H2O(l)25℃时的平衡常数K________,并据此推断Mg(OH)2_________(不能”)溶解于醋酸。(已知1.83≈5.8)

 

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某校化学学习小组设计实验对化学反应速率和限度有关问题进行探究:

I.甲小组用如图所示装置进行镁粉分别与盐酸、醋酸(均为0.1mol/L40.00mL)的反应,请回答相关问题:

①每次实验至少需要用电子天平(能称准1mg)称取镁粉___g

②装置中有刻度的甲管可以用代替___(填仪器名称),按图连接好装置后,检查装置气密性的方法是___。实验结束后读取气体体积时应该注意的问题是___(至少回答两点)

II.乙小组为比较Fe3+Cu2+H2O2分解的催化效果,设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:

①定性如图甲可通过观察___(填现象),定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3溶液改为___(写出试剂及物质的量浓度)更为合理,其理由是___

②定量如图乙所示,实验时均以生成40mL气体为准,其它可能影响实验的因素均已忽略。实验中还需要测量的数据是___

III.丙小组设计实验探究KI溶液和FeCl3溶液反应存在一定的限度。已知该反应为:2Fe3++2I-=2Fe2++I2。请完成相关的实验步骤和现象。实验步骤如下:

①取5mL0.1mol•L -1KI溶液,再滴加56(0.2mL)0.1mol•L- 1FeCl 3溶液

②充分反应后,将溶液分成两份

③取其中一份,滴加试剂CCl 4,用力振荡一段时间,CCl 4层出现紫红色,说明反应生成碘。

④另取一份,滴加试剂___溶液(填试剂名称),若现象___,则说明该反应有一定的限度。

 

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已知常温下Ka(CH3COOH)>Ka(HClO)Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)。下列分析不正确的是(  )

A.10 mL 0.1 mol/L Na2CO3溶液逐滴滴加到10 mL 0.1 mol/L盐酸中:c(Na)c(Cl)c(CO32)c(HCO3)

B.现有①200 mL 0.1 mol/L NaClO溶液,②100 mL0.1 mol/L CH3COONa溶液,两种溶液中的阴离子的物质的量浓度之和:②>①

C.0.1 mol/L NH4Cl溶液中加入少量NH4Cl固体:比值减小

D.AgBrAgCl的饱和溶液等体积混合,再加入足量AgNO3浓溶液:产生的AgCl沉淀多于AgBr沉淀

 

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已知2FeSO4Fe2O3SO2SO3,某同学设计利用如图装置分别检验产物中的气体。下列有关表述错误的是(  )

A.用装置甲高温分解FeSO4,点燃酒精喷灯前应先向装置内通一段时间N2

B.用装置乙可检验分解产生的SO2,现象是石蕊试液先变红后褪色

C.按照甲丁的连接顺序,可用装置丙检验分解产生的SO3

D.将装置丁中的试剂换为NaOH溶液能更好的避免污染环境

 

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