Question

【題目】 研究碳及其化合物的相互轉化對能源的充分利用、低碳經濟有著重要的作用。

⑴已知：①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206.1kJ·mol－1

②2H2(g)+CO(g)CH3OH(l) △H2=－128.3kJ·mol－1

③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H3=－483.6kJ·mol－1

25℃時，在合適的催化劑作用下，采用甲烷和氧氣一步合成液態(tài)甲醇的熱化學方程式為 。

⑵利用反應①來制備氫氣，為了探究溫度、壓強對反應①速率、轉化率的影響，某同學設計了以下三組對比實驗(溫度為400℃或500℃，壓強為101kPa或404kPa)。

實驗序號	溫度℃	壓強/kPa	CH4初始濃度/ mol·L－1	H2O初始濃度/ mol·L－1
1	400	p	3.0	7.0
2	t	101	3.0	7.0
3	400	101	3.0	7.0

①實驗2和實驗3相比，其平衡常數關系是K2 K3(填“＞”、“＜”或“=”)。

②將等物質的量的CH4和水蒸氣充入1L恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應，在400℃下達到平衡，平衡常數K=27，此時容器中CO物質的量為0.10mol，則CH4的轉化率為 。

⑶ 科學家提出由CO2制 取 C的太陽能工藝如圖1所示。

①“重整系統(tǒng)發(fā)生的反應中n(FeO):n(CO2)=6:1，則Fe xOy的化學式為______________。

②“熱分解系統(tǒng)”中每分解l mol Fe xOy，轉移電子的物質的量為___________。

圖1 圖2

⑷pC類似pH，是指極稀溶液中的溶質濃度的常用負對數值。若某溶液中溶質的濃度為1×10－3mol·L－1，則該溶液中溶質的pC＝－lg(1×10－3)＝3。如圖2為25℃時H2CO3溶液的pC－pH圖。請回答下列問題 (若離子濃度小于10－5mol/L，可認為該離子不存在)：

①在同一溶液中，H2CO3、HCO3－、CO32－____________(填“能”或“不能”)大量共存。

②求H2CO3一級電離平衡常數的數值Ka1=________________。

③人體血液里主要通過碳酸氫鹽緩沖體系可以抵消少量酸或堿，維持pH=7.4。當過量的酸進入血液中時，血液緩沖體系中的最終將_________。

A．變大 B．變小 C．基本不變 D．無法判斷

Answer 1

【答案】

⑴CH4(g)+O2(g)CH3OH(l)△H1=－164.0kJ·mol－1

⑵①＞；②(90.9%、90.91%、×100%均可)

⑶①Fe3O4；②2mol

⑷①不能；②1×10－6；③A

【解析】

試題分析：⑴已知：①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206.1kJ·mol－1，

②2H2(g)+CO(g)CH3OH(l) △H2=－128.3kJ·mol－1，

③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H3=－483.6kJ·mol－1，

根據蓋斯定律，將①+×③+②得：CH4(g)+ O2(g)CH3OH(l)

△H1=(+206.1kJ·mol－1)+(－483.6kJ·mol－1)+(－128.3kJ·mol－1)=－164.0kJ·mol－1，

故答案為：CH4(g)+ O2(g)CH3OH(l)△H1=－164.0kJ·mol－1；

⑵①對比實驗2、3，只有溫度不同，其它條件相同，所以實驗2、3的目的是探究溫度對化學反應速率的影響；實驗1、3溫度相同，平衡常數相同，即K1=K3，比較實驗1、2，實驗2中溫度高，溫度升高，平衡向吸熱方向移動，該反應為吸熱反應，所以平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，即K2＞K1，所以K2＞K3，故答案為：＞；

②依據化學平衡的三段式列式計算，設CH4與H2O(g)物質的量為a，

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

起始量(mol) a a 0 0

變化量(mol) 0.10 0.10 0.10 0.30

平衡量(mol) a-0.10 a-0.10 0.10 0.30

由平衡常數表達式：K===27，

解之得：a=0.11，平衡轉化率：×100%=90.9%；

⑶①由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO2和FeO反應生成FexOy和C，發(fā)生的反應中n(FeO):n(CO2)=6，根據Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：(6+2)=3：4，故FexOy的化學式為Fe3O4，故答案為：Fe3O4；

②熱分解系統(tǒng)中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解l mol Fe3O4轉移電子的物質的量為1mol×3×(-2)=2mol，故答案為：2mol；

(4)①碳酸存在的溶液中酸性較強、碳酸根離子存在的溶液中堿性較強，所以碳酸根離子和碳酸不能大量共存，故答案為：不能；

②由圖象可知當pH=6時，pC(H2CO3)=pC(HCO3-)，結合Ka1(H2CO3)===10-6，故答案為：10-6；

③氫離子濃度增大，平衡向左移動放出CO2，碳酸濃度基本不變，則c(H+)/c(H2CO3)最終將變大，故選A。