甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛,请回答下列问题:(1)以天然气为原料制H2是合成氨的一条重要的

甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛,请回答下列问题:(1)以天然气为原料制H2是合成氨的一条重要的
甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛,请回答下列问题:
(1)以天然气为原料制H2是合成氨的一条重要的路线.甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料气H2,其反应式如下:
①CH4(g)+[1/2]O2(g)=CO(g)+2H2(g)△H1=-35.6kJ?mol-1
有研究认为甲烷部分氧化的机理为:
②CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H2=-890.3kJ?mol-1
③CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H3=247.3kJ?mol-1
请结合以上条件写出CH4和H2O(g)生成CO和H2的热化学反应方程式:______.
(2)恒温下,向一个2L的密闭容器中充入1molN2和2.6molH2,反应过程中对NH3的浓度进行检测,得到的数据如表所示:
时间/min51015202530
c(NH3)/( mol?/L-10.080.140.180.200.200.20
2温度下此反应化学平衡平衡常数为______,前20min的平均速率v(H2)为______.
②能提高反应中N2的平衡转化率的是______.
A.增加N2的浓度B.增加H2的量 C.移出部分NH3 D.提高反应温度E.减小容器的容积 F.加入合适的催化剂

(3)如图1表示合成NH3反应在某段时间t0→t6中反应速率与反应过程的曲线图,若t1时改变的条件是升高温度,则在下列到达化学平衡的时间段中,NH3的体积分数最小的一段时间是(填写下列序号,下同)______,化学平衡常数最大的一段时间是______.
A.t0→t1 B.t2→t3 C.t3→t4 D.t5→t6
t4时改变的条件是______.
(4)如图2所示,装置I为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液),通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜.
①b处电极上发生的电极反应式是______.
②电度结束后,装置I中溶液的pH______,装置Ⅱ中Cu2+的物质的量浓度______.(填写“变大”、“变小”或“不变”)
③若完全反应后,装置Ⅱ中阴极质量增加12.8g,则装置I中理论上消耗氧气(标准状况下)______L.
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(1)①CH4(g)+[1/2]O2(g)=CO(g)+2H2(g)△H1=-35.6kJ?mol-1
②CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H2=-890.3kJ?mol-1
③CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H3=247.3kJ?mol-1
结合盖斯定律计算,①×2-②×[1/2]-③可知反应CH4(g)+H2O (g)=CO (g)+3H2(g)△H=①×2-②×[1/2]-③×=250.3kJ?mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=250.3kJ?mol-1
(2)根据反应N2 +3H2 ?2NH3
初始浓度:0.5 1.3 0
变化浓度:0.10.30.2
平衡浓度:0.41.00.2
所以达到平衡时平衡常数K=
0.22
0.4×1.0=0.1mol/L,前20min的平均速率v(H2)=[3/2]v(NH3)=[3/2]×[0.2mol/L/20min]=0.015mol/L?min;
N2 +3H2 ?2NH3 ,反应是气体体积减小的放热反应,平衡正向进行能提高反应中N2的平衡转化率;
A.两种反应物中增加一种会提高另一种的转化率,本身转化率减小,增加N2的浓度,氮气转化率减小,故A错误;
B.增加H2的量会提高氮气的转化率,故B正确;
C.移出部分NH3 ,减小生成物浓度,平衡正向进行,氮气转化率增大,故C正确;
D.反应是放热反应,提高反应温度,平衡逆向进行,氮气转化率减小,故D错误;
E.减小容器的容积,增大压强,平衡正向进行,氮气转化率增大,故E正确;
F.加入合适的催化剂改变反应速率,步步改变化学平衡,氮气转化率不变,故F错误;
故答案为:0.1mol/L;0.015mol/L?min;BCE;
(3)分析图象变化,若t1时改变的条件是升高温度,平衡逆向进行,正反应是放热反应;t3时刻改变的条件是加入催化剂,改变反应速率不改变化学平衡;t4时刻正逆反应速率减小,平衡逆向进行,应是增大体积减小压强;平衡常数随温度变化,不随浓度、压强变化,依据条件改变和平衡移动方向分析,NH3的体积分数最小的一段时间为 t5→t6,化学平衡常数随温度变化,不随浓度,压强变化,所以最大的一段时间t0→t1;上述分析可知t4改变的条件是 减小压强;
故答案为:D;A;减小压强;
(4)图Ⅰ为原电池,为甲烷燃烧电池,燃料甲烷做原电池负极反应物失电子发生氧化反应,图Ⅱ为电解池,铁棒镀铜,推断铁做电解池阴极,铜做电解池阳极;a为原电池负极,b为原电池正极;
①b处是氧气得到电子发生的电极反应;电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-
②原电池反应是碱性溶液中进行消耗氢氧根生成水,溶液PH减小;装置Ⅱ是电镀阳极电极反应可知,阳极电极反应为:Cu-2e-=Cu2+,阴极电极反应为:Cu2++2e-=Cu,铜离子浓度不变,故答案为:变小;不变;
③装置Ⅱ中阴极电极反应为Cu2++2e-=Cu,质量增加12.8g为铜物质的量为0.2mol,转移电子为0.4mol,装置I中负极电极反应为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O理论上消耗氧气物质的量为:0,1mol,标准状况下的体积=0.1mol×22.4L/mol=2.24L,故答案为:2.24.

1年前

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