命题范围：
综合
2018-2019学年浙江高三（二轮复习）加试题综合训练（共2套，解析版）
30.据报道,我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰(甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。
(1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式,有以下三种:
部分氧化:CH4(g)+ O2(g) CO(g)+2H2(g)
ΔH1=-35.9 kJ?mol-1①
水蒸气重整:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
ΔH2=205.9 kJ?mol-1 ②
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
ΔH3=-41.2 kJ?mol-1 ③
二氧化碳重整:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH4 ④
则:反应②自发进行的条件是 ,ΔH4= kJ?mol-1。
(2)水蒸气重整是较为传统的甲烷制氢途径。在Fe2O3 Ni gel催化下,CH4和H2O的混合气体进行反应,测得气体的成分随温度、压强、S/C(水蒸气和甲烷的体积比)的变化分别如图1、图2、图3所示:
①下列说法正确的是 。
A.800～1 000 ℃,CO2体积分数减小,原因是温度升高抑制了反应③
B.温度升高对氢气的生成有促进作用,温度越高,氢气的产率也越大
C.随着压强的增大,CH4的平衡转化率增大
D.其他条件相同时,将S/C由1增加至3,可提高CH4的平衡转化率及CO2和CO的体积分数
②综合考虑,甲烷水蒸气重整制氢合适的温度是 、压强是 。
(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作Kp)。请在下图画出反应①Kp随温度变化的趋势曲线。
(4)以多孔石墨为阳极,以NaCl和NaOH的混合溶液作电解液,用电解法由甲烷制取甲醇。写出阳极的电极反应式: 。
解析:(1)反应②是吸热的熵值增大的可逆反应,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知自发进行的条件是高温;根据盖斯定律,②-③即得到反应④,ΔH4=+247.1 kJ?mol-1。
(2)①反应③是放热反应,因此800～1 000 ℃,CO2体积分数减小,原因是温度升高抑制了反应③,A正确;反应②是吸热反应,温度升高对氢气的生成有促进作用,温度越高,氢气的产率也越大,B正确;反应②是体积增大的可逆反应,随着压强的增大,CH4的平衡转化率降低,C错误;其他条件相同时,将S/C由1增加至3,增大水的浓度,可提高CH4的平衡转化率,由图象可知CO的体积分数降低,D错误;②综合以上分析与图象变化趋势可判断甲烷水蒸气重整制氢合适的温度是800 ℃左右(在800 ℃～1 000 ℃之间都可以),压强是常压或1 MPa。(3)反应①是放热反应,升高温度平衡常数降低,因此反应①Kp随温度变化的趋势曲线图为 。(4)电解池的阳极发生失去电子的氧化反应,则阳极是甲烷失去电子转化为甲醇,由于电解质溶液显碱性,则阳极的电极反应式为CH4+2OH--2e- CH3OH+H2O。
答案:(1)高温 247.1 (2)①AB ②800 ℃左右(在800 ℃～1 000 ℃之间都可以) 常压或1 MPa
(3)
(4)CH4+2OH--2e- CH3OH+H2O
31.硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O]较硫酸亚铁不易被氧气氧化,是分析化学中重要的试剂,常用于代替硫酸亚铁。硫酸亚铁铵在500 ℃时隔绝空气加热完全分解。回答下列问题:
(1)硫酸亚铁铵隔绝空气加热完全分解,发生了氧化还原反应,固体产物可能有FeO和Fe2O3,气体产物可能有NH3、SO3、H2O、N2和 。
(2)为检验分解产物的成分,设计如下实验装置进行实验,加热A中的硫酸亚铁铵至分解完全。
①A中固体充分加热较长时间后,通入氮气,目的是 。
②为验证A中残留物是否含有FeO,需要选用的试剂有 。
A.KSCN溶液 B.稀硫酸
C.浓盐酸 D.KMnO4溶液
③装置B中BaCl2溶液的作用是为了检验分解产物中是否有
气体生成,若含有该气体,观察到的现象为 。
④若A中分解产物有N2,固体残留物只有Fe2O3,Fe2O3的物质的量为b mol,C中沉淀物质的量为a mol,则b a(填“大于”“小于”或“等于”)。
⑤实验中,观察到C中有白色沉淀生成,则C中发生的反应为
(用离子方程式表示)。
(3)为测定某固体样品中(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O的含量,某实验小组做了如下实验:
测定原理:Mn +Fe2++H+ Mn2++Fe3++H2O(方程式未配平)
测定步骤:步骤一:准确称量20.00 g硫酸亚铁铵晶体,配制成
100 mL溶液。
步骤二:取所配溶液25.00 mL于锥形瓶中,加稀H2SO4酸化,用
0.100 0 mol/L KMnO4溶液滴定至终点,重复两次,平均消耗KMnO4溶液16.00 mL。
①如何判断滴定至终点: ;
②产品中(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O的质量分数为 。
解析:(1)根据氧化还原反应,Fe、N元素的化合价均升高,则一定有降低的元素,从所给的产物判断,产物中还应有SO2。
(2)①氯化钡与稀盐酸的混合液目的是吸收氨气、三氧化硫,则过氧化氢和盐酸的混合液主要吸收二氧化硫,所以通入氮气的目的是使分解产生的气体在B、C中被充分吸收;
②盐酸中的氯离子能被高锰酸钾氧化成氯气,为验证A中残留物是否含有FeO,则选择稀硫酸将固体溶解,然后加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液褪色或变浅,证明溶液中含有亚铁离子,则固体中含有FeO,故选B、D;
③装置B中BaCl2溶液的作用是为了检验分解产物中是否有三氧化硫,若含有三氧化硫,则溶液中有硫酸钡沉淀生成,溶液变浑浊;
④若产物中有氮气生成,则失去电子的元素是Fe和N,得到电子的元素是S,根据得失电子守恒,生成b mol Fe2O3失去电子的物质的量是2b mol,C中沉淀物质的量为a mol,即生成的二氧化硫的物质的量是a mol,则得电子的物质的量是2a mol,所以2b<2a,b
⑤C中的白色沉淀是硫酸钡沉淀,二氧化硫与过氧化氢、氯化钡溶液发生氧化还原反应而生成硫酸钡沉淀,离子方程式为SO2+H2O2+Ba2+ BaSO4↓+2H+。
(3)①Fe2+与KMnO4发生氧化还原反应,反应的离子方程式为Mn +5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O,所以滴定终点的判断为滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液呈紫红色且半分钟内不褪色。
②根据化学反应:Mn +5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O,取所配溶液
25.00 mL于锥形瓶中,加稀H2SO4酸化,用 0.100 0 mol/L KMnO4溶液滴定,所用高锰酸钾溶液的物质的量n(Mn )=0.016 00 L×
0.100 0 mol/L=1.600×10-3 mol,则n(Fe2+)=5×1.600×10-3 mol
=8.000×10-3 mol,20.00 g硫酸亚铁铵晶体含有n(Fe2+)=3.200×
10-2 mol,则产品中(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O 的质量分数为
×100%=62.72%。
答案:(1)SO2
(2)①使分解产生的气体在B、C中被充分吸收 ②BD
③SO3 溶液变浑浊 ④小于 ⑤SO2+H2O2+Ba2+ BaSO4↓+2H+
(3)①滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液呈紫红色且半分钟内不褪色 ②62.72%
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