题目内容
【题目】CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的气体,用于生产多种化工产品。该技术中的化学反应为:CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH=+330kJ/mol
(1)下图表示初始投料比n(CH4):n(CO2)为1:3或1:4,CH4的转化率在不同温度(T1、T2)下与压强的关系。[注:投料比用a1、a2表示]
①a2=__________。
②判断T1的T2的大小关系,并说明理由:__________。
(2)CH4超干重整CO2的催化转化原理示意图如下:
①过程Ⅰ,生成1mol H2时吸收123.5kJ热量,其热化学方程式是__________。
②过程Ⅱ,实现了含氢物种与含碳物种的分离。生成H2O(g)的化学方程式是__________。
③假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全,下列说法正确的是__________。(填序号)
a.过程Ⅰ和过程Ⅱ中发生了氧化还原反应
b.过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3
c.若过程Ⅰ投料,可导致过程Ⅱ中催化剂失效
【答案】 1:4 T2>T1 正反应为吸热反应,温度升高时甲烷的转化率增大 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol 4H2+Fe3O43Fe+4H2O ac
【解析】(1). ①.在相同条件下,投料比越小,甲烷的转化率越大,据图可知,a2>a1,故a2表示的是1:4时甲烷的转化率,故答案为:1:4;
②. 因CH4(g)+3CO2(g)2H2O(g)+4CO(g)的正反应为吸热反应,温度升高时,平衡正向移动,甲烷的转化率增大,则T2>T1,故答案为:T2>T1,正反应为吸热反应,温度升高时甲烷的转化率增大;
(2). ①.在过程I中,生成1mol H2时吸收123.5kJ热量,据图可知,其热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol,故答案为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol;
②. 由过程II的转化关系来看,混合气体中的H2将Fe3O4还原为Fe,反应方程式为:4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O,故答案为:4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O;
③. a. 两个过程都有元素化合价的改变,都发生了氧化还原反应,故a正确;b. 过程II中Fe3O4最终被还原为Fe,Fe3O4不是催化剂,故b错误;c. 若初始投料比时,二者恰好按照题给方程式反应,无CO2生成,导致CaCO3无法参加反应,使催化剂中毒失效,故c正确;答案选ac。
【题型】综合题
【结束】
17
【题目】工、农业废水以及生活污水中浓度较高的会造成氮污染。工业上处理水体中的一种方法是零价铁化学还原法。某化学小组用废铁屑和硝酸盐溶液模拟此过程,实验如下。
(1)先用稀硫酸洗去废铁屑表面的铁锈,然后用蒸馏水将铁屑洗净。
①除锈反应的离子反程式是__________。
②判断铁屑洗净的方法是__________。
(2)将KNO3溶液的pH调至2.5。从氧化还原的角度分析调低溶液pH的原因是__________。
(3)将上述处理过的足量铁屑投入(2)的溶液中。如图表示该反应过程中,体系内相关离子浓度、pH随时间变化的关系。请根据图中信息回答:
①t1时刻前该反应的离子方程式是__________。
②t2时刻后,该反应仍在进行,溶液中的浓度在增大,Fe2+的浓度却没有增大,可能的原因是__________。
(4)铁屑与KNO3溶液反应过程中向溶液中加入炭粉,可以增大该反应的速率,提高的去除效果,其原因是__________。
【答案】 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 测最后一次洗涤液的pH,若为7,则说明铁屑已洗净(或取少量最后一次洗涤液加入BaCl2溶液,若无明显现象,则说明铁屑已洗净) 在酸性条件下的氧化性强,易被铁屑还原 4Fe++10H+=4Fe2+++3H2O 生成的Fe2+水解 炭粉和铁构成了无数微小的原电池加快反应速率
【解析】(1). ①. 铁锈的主要成分是Fe2O3,与稀硫酸反应生成硫酸铁和水,反应的离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,故答案为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;
②. 判断铁屑是否洗净的方法是测最后一次洗涤液的pH,若为7,则说明铁屑已洗净,故答案为:测最后一次洗涤液的pH,若为7,则说明铁屑已洗净;
(2). pH调至2.5,是因为NO3-在酸性条件下的氧化性强,易被铁屑还原,故答案为:NO3-在酸性条件下的氧化性强,易被铁屑还原;
(3). ①. 根据图示可知,在t1时刻前,硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小,亚铁离子浓度增大,则在t1时刻前是金属铁和硝酸之间的反应,即4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O,故答案为:4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O;
②. 根据反应4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O可知,溶液中NH4+的浓度在增大,Fe2+的浓度却没有增大,所以原因是生成的Fe2+水解所致,故答案为:生成的Fe2+水解;
(4). 构成原电池可以加快化学反应速率,炭粉和铁屑构成了无数微小的原电池加快反应速率,故答案为:炭粉和铁构成了无数微小的原电池加快反应速率。