Question

【題目】CH4超干重整CO2技術可得到富含CO的氣體，用于生產多種化工產品。該技術中的化學反應為：CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH=+330kJ/mol

（1）下圖表示初始投料比n(CH4):n(CO2)為1:3或1:4，CH4的轉化率在不同溫度（T1、T2）下與壓強的關系。[注：投料比用a1、a2表示]

①a2=__________。

②判斷T1的T2的大小關系，并說明理由：__________。

（2）CH4超干重整CO2的催化轉化原理示意圖如下：

①過程Ⅰ，生成1mol H2時吸收123.5kJ熱量，其熱化學方程式是__________。

②過程Ⅱ，實現了含氫物種與含碳物種的分離。生成H2O(g)的化學方程式是__________。

③假設過程Ⅰ和過程Ⅱ中的各步均轉化完全，下列說法正確的是__________。（填序號）

a．過程Ⅰ和過程Ⅱ中發生了氧化還原反應

b．過程Ⅱ中使用的催化劑為Fe3O4和CaCO3

c．若過程Ⅰ投料，可導致過程Ⅱ中催化劑失效

【答案】 1:4 T2>T1 正反應為吸熱反應，溫度升高時甲烷的轉化率增大 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol 4H2+Fe3O43Fe+4H2O ac

【解析】(1). ①.在相同條件下，投料比越小，甲烷的轉化率越大，據圖可知，a2＞a1，故a2表示的是1:4時甲烷的轉化率，故答案為：1:4；

②. 因CH4(g)+3CO2(g)2H2O(g)+4CO(g)的正反應為吸熱反應，溫度升高時，平衡正向移動，甲烷的轉化率增大，則T2>T1，故答案為：T2>T1，正反應為吸熱反應，溫度升高時甲烷的轉化率增大；

(2). ①.在過程I中，生成1mol H2時吸收123.5kJ熱量，據圖可知，其熱化學方程式為：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol，故答案為：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol；

②. 由過程II的轉化關系來看，混合氣體中的H2將Fe3O4還原為Fe，反應方程式為：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O，故答案為：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O；

③. a. 兩個過程都有元素化合價的改變，都發生了氧化還原反應，故a正確；b. 過程II中Fe3O4最終被還原為Fe，Fe3O4不是催化劑，故b錯誤；c. 若初始投料比時，二者恰好按照題給方程式反應，無CO2生成，導致CaCO3無法參加反應，使催化劑中毒失效，故c正確；答案選ac。

【題型】綜合題
【結束】
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【題目】工、農業廢水以及生活污水中濃度較高的會造成氮污染。工業上處理水體中的一種方法是零價鐵化學還原法。某化學小組用廢鐵屑和硝酸鹽溶液模擬此過程，實驗如下。

（1）先用稀硫酸洗去廢鐵屑表面的鐵銹，然后用蒸餾水將鐵屑洗凈。

①除銹反應的離子反程式是__________。

②判斷鐵屑洗凈的方法是__________。

（2）將KNO3溶液的pH調至2.5。從氧化還原的角度分析調低溶液pH的原因是__________。

（3）將上述處理過的足量鐵屑投入（2）的溶液中。如圖表示該反應過程中，體系內相關離子濃度、pH隨時間變化的關系。請根據圖中信息回答：

①t1時刻前該反應的離子方程式是__________。

②t2時刻后，該反應仍在進行，溶液中的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是__________。

（4）鐵屑與KNO3溶液反應過程中向溶液中加入炭粉，可以增大該反應的速率，提高的去除效果，其原因是__________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈（或取少量最后一次洗滌液加入BaCl2溶液，若無明顯現象，則說明鐵屑已洗凈） 在酸性條件下的氧化性強，易被鐵屑還原 4Fe++10H+=4Fe2+++3H2O 生成的Fe2+水解 炭粉和鐵構成了無數微小的原電池加快反應速率

【解析】(1). ①. 鐵銹的主要成分是Fe2O3，與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水，反應的離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，故答案為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

②. 判斷鐵屑是否洗凈的方法是測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈，故答案為：測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈；

(2). pH調至2.5，是因為NO3－在酸性條件下的氧化性強，易被鐵屑還原，故答案為：NO3－在酸性條件下的氧化性強，易被鐵屑還原；

(3). ①. 根據圖示可知，在t1時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則在t1時刻前是金屬鐵和硝酸之間的反應，即4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O，故答案為：4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O；

②. 根據反應4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O可知，溶液中NH4＋的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，所以原因是生成的Fe2+水解所致，故答案為：生成的Fe2+水解；

(4). 構成原電池可以加快化學反應速率，炭粉和鐵屑構成了無數微小的原電池加快反應速率，故答案為：炭粉和鐵構成了無數微小的原電池加快反應速率。