Question

開發使用清潔能源，發展“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優質的清潔燃料，可制作燃料電池。
（1）甲烷水蒸氣轉化法制H₂的主要轉化反應如下：
CH₄(g) + H₂O(g)CO(g) + 3H₂(g) △H=+206．2 kJ·mol^－1
CH₄(g) + 2H₂O(g)CO₂(g) + 4H₂(g) △H=+165．0 kJ·mol^－1
上述反應所得原料氣中的CO能使合成氨的催化劑中毒，必須除去。工業上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應生成易除去的CO₂，同時可制得等體積的氫氣的方法。此反應稱為一氧化碳變換反應，該反應的熱化學方程式是       。
（2）生產甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0
①一定條件下CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a。則A、B、C三點處對應平衡常數（K_A、K_B、K_C）的大小關系為___________。(填“<”、“>”、“="”" )；

②100℃時，將1 mol CH₄和2 mol H₂O通入容積為1 L的定容密封容器中，發生反應，能說明該反應已經達到平衡狀態的是__________
a．容器內氣體密度恒定  
b．單位時間內消耗0．1 mol CH₄同時生成0．3 mol H₂
c．容器的壓強恒定      
d．3v正(CH₄) = v逆(H₂)
（3）25℃時，在20mL0．1mol/L氫氟酸中加入VmL0．1mol/LNaOH溶液，測得混合溶液的pH變化曲線如圖所示，下列說法正確的是_____。

A．pH＝3的HF溶液和pH＝11的NaF溶液中， 由水電離出的c(H⁺)相等
B．①點時pH＝6，此時溶液中，c(F^－)－c(Na⁺)＝9．9×10^-7mol/L
C．②點時，溶液中的c(F^－)＝c(Na⁺)
D．③點時V＝20mL，此時溶液中c(Na⁺)＝0．1mol/L
（4）長期以來，一直認為氟的含氧酸不存在。1971年美國科學家用氟氣通過細冰末時獲得HFO，其結構式為H—O—F。HFO與水反應得到HF和化合物A，該反應的化學方程式為                     。

Answer 1

（1） CO(g) + H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g) △H=－41．2 kJ·mol^－1      （2分）
（2）① K_C = K_B >K_A     （2分）
② cd    （2分）
（3）BC   （2分）
（4）H₂O＋HFO=HF＋H₂O₂ （2分）

試題分析：（1） 先對已知熱化學方程式編號為①②，觀察發現②-①可得，CO(g) + H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g) △H=－41．2 kJ·mol^－1；
（2）① 平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，化學平衡常數只與溫度有關，所以B、C兩點是相同的溫度，所以K_C = K_B，然后A、B兩點相比，從A到B，甲烷的轉化率變大，說明向正向移動，化學平衡常數變大，所以K_B>K_A ，所以答案是K_C = K_B >K_A；
② 該容器的體積保持不變，根據質量守恒定律知，反應前后混合氣體的質量不變，所以容器內氣體的密度不變，所以不能表明達到化學平衡狀態，故a錯誤；單位時間內消耗0．1 mol CH₄同時生成0．3 mol H₂，都代表v_正，所以不能表明達到化學平衡狀態，故b錯誤；隨反應進行混合氣體總物質的量增大，容器容積不變，壓強增大，當容器的壓強恒定時，說明到達平衡，故c正確；3v正(CH₄) = v逆(H₂)，物質的正逆速率之比等于化學計量數之比，反應到達平衡，故d正確，所以選cd；
（3）pH＝3的HF溶液，由水電離出的c(H⁺)＝＝10^-11mol·L^－1，pH＝11的NaF溶液中，由水電離出的c(H⁺)＝10^-14/10^-11＝10^-3mol·L^－1，A錯；①點時，根據電子守恒，c(OH^－)＋c(F^－)＝c(Na⁺)＋c(H^＋)，c(F^－)－c(Na⁺)＝c(H^＋)－c(OH^－)＝10^-6－＝9．9×10^-7mol/L，B對；根據電子守恒，c(OH^－)＋c(F^－)＝c(Na⁺)＋c(H^＋)，②點時pH=7，溶液中的c(H^＋)－c(OH^－)，所以c(F^－)＝c(Na⁺)，C對；③點時V＝20mL，此時溶液中c(Na⁺)＝＝0．05mol/L，所以選BC；
（4）電負性F＞O，故H-O-F中F元素表現-1價，與水反應生成HF，發生水解反應，可推知A為H-O-O-H，該反應的化學方程式為：H₂O+HFO=HF+H₂O₂。