题目内容
【题目】以天然气代替石油生产液体燃料和基础化学品是当前化学研究和发展的重点。
(1)我国科学家创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂,成功实现了甲烷一步高效生产乙烯、芳香烃Y和芳香烃Z等重要化工原料,实现了CO2的零排放,碳原子利用率达100%。已知Y、Z的相对分子质量分别为78、128,其一氯代物分别有1种和2种。
①有关化学键键能数据如表中所示:
化学键 | H-H | C=C | C-C | C≡C | C-H |
E(kJ/mol) | 436 | 615 | 347.7 | 812 | 413.4 |
写出甲烷一步生成乙烯的热化学方程式:_________________________,反应中硅化物晶格限域的单中心铁催化剂的作用是________________________;
②已知:原子利用率=期望产物总质量/反应物总质量×100%,则甲烷生成芳香烃Y的原子利用率为___________;
③生成1 mol Z产生的H2约合标准状况下________L。
(2)如图为乙烯气相直接水合法制备乙醇过程中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。
①若p2=8.0 MPa,列式计算A点的平衡常数Kp=____________(用平衡分压代替平衡浓度计算;分压=总压×物质的量分数;结果保留到小数点后两位);
②该反应为__________(填“吸热”或“放热”)反应,图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小关系为____________,理由是________________;
③气相直接水合法常采用的工艺条件:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度为290℃,压强为6.9 MPa,n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯的转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有______________(任写两条)。
【答案】(1)①2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+166.6 kJ/mol 降低反应活化能,加快反应速率 ②81.25% ③179.2
(2)①0.07 ②放热 p1<p2<p3<p4 该反应为反应后气体体积减小的反应,温度不变时,增大压强乙烯的转化率增大 ③将产物乙醇液化移去,或增大水与乙烯的比例
【解析】甲烷一步生产乙烯、芳烃Y和Z,反应过程本身实现了CO2的零排放,即碳原子守恒,Y、Z的相对分子质量分别为78、128,其一氯代物分别有1种和2种,则Y为苯,Z为(CH3)3CCH2C(CH3)3。
①甲烷一步生成CH2=CH2,断裂碳氢键,形成碳碳双键,根据题中化学键的键能数据可知该反应的反应热△H=(8×413.44×413.46152×436)kJ/mol=+166.6 kJ/mol,所以热化学方程式为2CH4(g) C2H4(g)+2H2(g) △H=+166.6 kJ/mol,硅化物晶格限域的单中心铁催化剂的作用是降低反应的活化能,加快反应的速率;②甲烷生成苯的反应方程式为6CH4→+9H2,所以原子利用率为×100%=81.25%;③由甲烷生成1 mol (CH3)3CCH2C(CH3)3,根据原子守恒,参加反应的甲烷为9 mol,同时生成氢气的物质的量为=8 mol,体积为8 mol×22.4 L/mol=179.2 L。
(2)①C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)
开始:1 1 0
转化:0.2 0.2 0.2
平衡:0.8 0.8 0.2
乙醇占=,乙烯和水各占=,则乙醇的分压为8.0 MPa×,A点的平衡常数。
②在恒压条件下,温度升高,乙烯的转化率降低,则平衡逆向移动,该反应为放热反应,在相同温度下由于乙烯转化率为p1<p2<p3<p4,由C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知正反应为气体体积减小的反应,所以增大压强,平衡正向移动,乙烯的转化率提高,因此压强关系是p1<p2<p3<p4。
③若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以改变物质的浓度,如从平衡体系中将产物乙醇分离出来,或增大水蒸气的浓度,改变二者物质的量的比等。
【题目】Ⅰ.铅的冶炼有很多种方法。
(1)瓦纽科夫法熔炼铅,其相关反应的热化学方程式如下:
①2PbS(s)+3O2(g)=2PbO(s)+2SO2(g) △H1= a kJmol-1
②PbS(s)+2PbO(s)=3Pb(s)+SO2(g) △H2= b kJmol-1
③PbS(s)+PbSO4(s)=2Pb(s)+2SO2(g) △H3=c kJmol-1
反应 3PbS(s)+6O2(g)=3PbSO4(s) △H=___________kJmol-1 (用含 a、b、c 的代数式表示)。
(2)还原法炼铅,包含反应PbO(s)+CO(g)Pb(s)+CO2(g) △H,该反应的平衡常数的对数值与温度的关系如下表
温度/℃ | 300 | 727 | 1227 |
1gK | 6.17 | 2.87 | 1.24 |
①该反应的△H__________0(选填“ >”、“< ”或“=”)。
②当1gK=1,在恒容密闭容器中放入足量的PbO并通入CO,达平衡时,混合气体中CO的体积分数为_______________(保留两位有效数字);若平衡后再向容器中充入一定量的CO气体,平衡向_______________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动,再次达到平衡时,CO的转化率_______________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
Ⅱ.PbI2可用于人工降雨,可用滴定方法测出PbI2的Ksp。
(3)取一定量的PbI2固体,用蒸馏水配制成饱和溶液,准确移取25.00mL PbI2饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH+(发生:2RH++PbI2=R2Pb2++2H++2I-),用锥形瓶接收流出液,最后用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性,将洗涤液一并转入锥形瓶中(如图)。加入酚酞指示剂,用0.0025mol·L-1NaOH溶液滴定,当达到滴定终点时,用去氢氧化钠溶液20.00mL。确定到滴定终点时锥形瓶中现象为___________________,计算PbI2的Ksp为_______________ 。
【题目】某科研小组用镍触媒废料(主要成分为Ni-Al合金,混有少量Fe、Cu、Zn、Pb及有机物) 制备NiO并回收金属资源的流程如下所示:
已知:相关数据如表1和表2所示
表1部分难溶电解质的溶度积常数(25℃)
物质 | Ksp | 物质 | Ksp |
Fe(OH)3 | 4.0×10-38 | CuS | 6.3×10-34 |
Fe(OH)2 | 1.8×10-16 | ZnS | 1.6×10-24 |
Al(OH)3 | 1.0×10-33 | PbS | 8.0×10-28 |
Ni(OH)2 | 2.0×10-15 | NiS | 3.2×10-18 |
表2 原料价格表
物质 | 价格/(元吨-1) |
漂液(含25.2%NaClO) | 450 |
双氧水(含30%H2O2) | 2400 |
烧碱(含98%NaOH) | 2100 |
纯碱(含99.5%Na2CO3) | 600 |
请回答下列问题:
(1)“焙烧”的目的是________________________________。
(2)“试剂a”的名称为__________________;选择该试剂的理由是________________________。
(3)“氧化”时反应的离子方程式为__________________________________________。
(4)欲使溶液中Fe3+和A13+的浓度均小于等于1.0×10-6 mol L-1,需“调节pH”至少为_______________。
(5)“加水煮沸”时,反应的化学方程式为_______________________________。
(6)整个流程中,可回收的金属化合物为____________________________________(填化学式)。
(7)氢镍电池是一种应用广泛的二次电池,放电时,该电池的总反应为NiOOH+MH==Ni(OH)2+M,当导线中流过2 mol电子时,理论上负极质量减少__________g。充电时的阳极反应式为_______________________________________________。