工业上利用天然气(主要成分是CH4)与H2O进行高温重整制备合成气(CO+H2),CO和H2在一定条件下能制备甲醛、甲醚

工业上利用天然气(主要成分是CH4)与H2O进行高温重整制备合成气(CO+H2),CO和H2在一定条件下能制备甲醛、甲醚等多种有机物.已知CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为-890.3kJ•mol-1、-285.8kJ•mol-1和-283.0kJ•mol-1;18.0g水蒸气液化时的能量变化为44.0kJ.
(1)写出甲烷与水蒸气在高温下反应制合成气的热化学方程式______.
(2)在一定条件下,向体积固定为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4(g)和0.60mol H2O(g),测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示.
3min时改变条件,反应进行到4min时,体系中各物质的物质的量如下表所示:
t/min n(CH4)/mol n(H2O)/mol n(CO)/mol n(H2)/mol
4 0.18 0.38 0.22 0.66
则3~4min之间,平衡向______(填“正”或“逆”)反应方向移动,3min时改变的条件是______.
(3)已知温度、压强和碳水比[
n(CH4)
n(H2O)
]对该反应的影响如图所示.

①图l中,两条曲线所示温度的关系:t1______t2(填“>”、“<”或“=”,下同).
②图2中,两条曲线所示碳水比的关系:x1______x2
③图3中,两条曲线所示压强的关系:p1______p2
(4)以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示.
①放电时,正极的电极反应式为______.
②假设装置中盛装100.0mL 3.0mol•L-1 KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8 960mL.放电完毕后,电解质溶液中各离子浓度的大小关系为______.
xxxmly 1年前 已收到1个回答 举报

cc欲男 幼苗

共回答了19个问题采纳率:100% 举报

解题思路:(1)根据燃烧热写出热化学方程式,利用盖斯定律计算;(2)根据图象可知3min时,平衡时各组分的平衡浓度,再根据4min时各组分浓度变化量判断改变的条件;(3)①根据反应的热效应判断温度对平衡移动的影响,结合图象分析解答;②碳水比[n(CH4)n(H2O)]值越大,平衡时甲烷的转化率越低,含量越高;③根据压强对平衡移动影响,结合图象分析解答;(4)①正极发生还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子;②计算氧气的物质的量,进而计算生成二氧化碳的物质的量,根据n(NaOH)与n(CO2)比例关系判断反应产物,进而计算溶液中电解质物质的量,结合盐类水解与电离等判断.

(1)已知:①H2(g)+[1/2]O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1
②CO(g)+[1/2]O2(g)=CO2(g) )△H=-283.0kJ•mol-1
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l))△H=-890.3kJ•mol-1
④H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
△H=(-44.0kJ•mol-1)+(-890.3kJ•mol-1)-(-283.0kJ•mol-1)-3×(-285.8kJ•mol-1)=+206.1 kJ•mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1 kJ•mol-1
(2)根据图象可知3min时,平衡时甲烷的浓度为0.1mol/L,氢气的浓度为0.3mol/L,则:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
开始(mol/L):0.20.3 0 0
变化(mol/L):0.1 0.1 0.1 0.3
平衡(mol/L):0.1 0.2 0.1 0.3
4min时甲烷的浓度为0.09mol/L,浓度减小0.1-0.09=0.01
水的浓度为0.19mol,浓度减小0.2-0.19=0.01;
CO的浓度为0.11,浓度增大0.11-0.1=0.01
氢气的浓度为0.33,浓度增大0.33-0.3=0.03
浓度变化量之比为1:1:1:3,等于化学计量数之比,应是改变温度平衡向正反应方向移动,该反应正反应是吸热反应,故3min改变条件为升高温度;
故答案为:正;升高温度;
(3)①该反应正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,甲烷的含量降低,故温度t1<t2,故答案为:<;
②碳水比[
n(CH4)
n(H2O)]值越大,平衡时甲烷的转化率越低,含量越高,故x1>x2,故答案为:>;
③该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,平衡时甲烷的含量降低,故p1>p2,故答案为:>;
(4)①正极发生还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子,正极电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-,故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-
②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL,物质的量为[8.96L/22.4L/mol]=0.4mol,根据电子转移守恒可知,生成二氧化碳为[0.4mol×4/8]=0.2mol,n(NaOH)=0.1L×3.0mol•L-1=0.3mol,n(NaOH):n(CO2)=0.3mol:0.2mol=3:2,介于1:1与2:1之间,故生成碳酸钾、碳酸氢钾,令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol,则x+y=0.2,2x+y=0.3,解得x=0.1,y=0.1,溶液中碳酸根水解,碳酸氢根的水解大于电离,溶液呈碱性,故c(OH-)>c(H+),碳酸根的水解程度大于碳酸氢根,故c(HCO3-)>c(CO32-),钾离子浓度最大,水解程度不大,碳酸根浓度原大于氢氧根离子,故c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+).

点评:
本题考点: 物质的量或浓度随时间的变化曲线;热化学方程式;化学电源新型电池;体积百分含量随温度、压强变化曲线.

考点点评: 本题综合性较大,涉及热化学方程式书写、化学平衡图象、化学平衡的影响因素、化学平衡计算、原电池、化学计算、离子浓度比较等,难度中等,是对基础知识与学生能力的综合考查.

1年前

5
可能相似的问题
Copyright © 2024 YULUCN.COM - 雨露学习互助 - 16 q. 0.036 s. - webmaster@yulucn.com