题目内容
【题目】二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2,具有无毒、无刺激性等优点。回答下列问题:
(1) CH3OCH3和O2发生反应I:CH3OCH3(g)+O2(g)=2CO(g)+3H2(g)△H
已知:CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H1
CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O (g)△H2
H2(g)+O2(g)=H2O (g)△H3
①则反应I的△H=____________________(用含△H1、△H2、△H3的代数式表示)。
②保持温度和压强不变,分别按不同进料比通入CH3OCH3和O2,发生反应I。测得平衡时H2的体积百分含量与进料气中n(O2)/n(CH3OCH3)的关系如图所示。当>0.6时,H2的体积百分含量快速降低,其主要原因是____(填标号)。
A.过量的O2起稀释作用
B.过量的O2与H2发生副反应生成H2O
C.>0.6平衡向逆反应方向移动
(2)T℃时,在恒容密闭容器中通入CH3OCH3,发生反应II:CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g),测得容器内初始压强为41.6 kPa,反应过程中反应速率v(CH3OCH3)时间t与CH3OCH3分压P(CH3OCH3)的关系如图所示。
①t=400 s时,CH3OCH3的转化率为________(保留2位有效数字);反应速率满足v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3),k=_________s-1;400 s时v(CH3OCH3)=_________kPas-1。
②达到平衡时,测得体系的总压强P总= 121.6 kPa,则该反应的平衡常数Kp=________________kPa2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③该温度下,要缩短达到平衡所需的时间,除改进催化剂外,还可采取的措施是________。
【答案】△H1+△H2-2△H3 B 16% 4.4×10-4 1.54×10-2kPa/s 4×104 增大反应物的压强或浓度
【解析】
(1) ①已知:i.CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H1
ii.CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O (g)△H2
iiiH2(g)+O2(g)=H2O (g)△H3
根据盖斯定律i+ii-iii×2得:CH3OCH3(g)+O2(g)=2CO(g)+3H2(g)△H=△H1+△H2-2△H3;
②过量的O2与H2发生副反应生成H2O,从而使H2的体积百分含量快速降低,A、C选项不能使H2的体积百分含量快速降低,故选B;
(2)①t=400 s时,CH3OCH3分压P(CH3OCH3)=35.0kPa,测得容器内初始压强为41.6 kPa,根据等温等容条件下,压强之比等于物质的量之比,可知转化率=×100%=16%;
由图象可知,当P(CH3OCH3)=10.0kPa时,v(CH3OCH3)=4.4×10-3kPa·s-1,根据v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3),化学方程式中CH3OCH3的系数为1,所以n=1,解得k=4.4×10-4s-1;
由图象可知,400 s时P(CH3OCH3)=35.0kPa,则v(CH3OCH3)= 4.4×10-4s-1×35kPa=1.54×10-2kPa/s;
②达到平衡时,测得体系的总压强P总=121.6 kPa,设起始通入的CH3OCH3物质的量为41.6mol,反应消耗甲醚物质的量为x,列三段式有:
根据气体的压强之比等于气体物质的量之比有(41.6+2x):41.6=121.6:41.6,解得x=40mol,则平衡时CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)的物质的量分别为1.6mol、40mol、40mol、40mol,则平衡时CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)的分压为1.6kPa、40kPa、40 kPa、40 kPa,则该反应的平衡常数Kp===4104kPa2;
③该温度下,要缩短达到平衡所需的时间,除改进催化剂外,还可以增大反应物的压强或增大反应物的浓度使反应速率加快。
【题目】实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。
资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
制备K2FeO4(夹持装置略)
(1)A为氯气发生装置,A中反应离子方程式是:___。
(2)将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。___。
(3)C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有:3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH→2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有:___。
(4)已知Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。为了保证生产KClO,在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下,控制反应在0℃~5℃进行,实验中可采取的措施是:___、__。
探究K2FeO4的性质
(5)高铁酸钾常用于工业废水与城市生活污水的处理,可用作高效水处理剂,表现在水中与污染物作用的过程中,经过一系列反应,由六价降至三价后,能对水产生净化作用的原因是(结合离子方程式回答):____。
(6)取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2,为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:
方案I | 取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色 |
方案II | 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b,取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生 |
i.由方案I中溶液变红可知a中含有__离子,但该离子的产生不能判断一定K2FeO4将Cl-氧化,还可能由___产生(用离子方程式表示)。
ii.方案II可证明K2FeO4氧化了Cl-。
(7)用KOH溶液洗涤的目的是___。
(8)根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2__FeO42-(填“>”或“<”),而方案II实验表明,Cl2和FeO42-的氧化性强弱关系相反,原因是___。
(9)资料表明,酸性溶液中的氧化性FeO42->MnO42-,验证实验如下:
将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性FeO42->MnO42-,若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案,理由或方案:__。