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。

（1）已知：①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206.1 kJ·mol1

②2H2(g)+ CO(g)CH3OH(l) △H2=128.3 kJ·mol1

③2H2(g)+ O2(g)2H2O(g) △H3=483.6 kJ·mol1

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甲醇的熱化學方程式為__________________________。

（2）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·L1	H2O初始濃度/mol·L1
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1 L恒容密閉容器中，發生上述反應，在400℃下達到平衡，平衡常數K=27，此時容器中CO物質的量為0.10 mol，則CH4的轉化率為__________。

（3）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”發生的反應中n(FeO)∶n(CO2)=6∶1，則FexOy的化學式為______________。

②“熱分解系統”中每分解l mol FexOy，轉移電子的物質的量為________。

（4）pC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1×103 mol·L1，則該溶液中溶質的pC=lg(1×103)=3。如圖2為25℃時H2CO3溶液的pCpH圖。請回答下列問題 (若離子濃度小于105 mol·L1，可認為該離子不存在)：

①在同一溶液中，H2CO3、、_____________(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】（1）CH4(g)+O2 (g)CH3OH(l) △H=164.0 kJ·mol1

（2）①> ② (90.9%、90.91%、×100%均可)

（3）①Fe3O4 ②2 mol

（4）①不能 ②1×106 ③A

【解析】本題考查蓋斯定律的應用、弱電解質在水溶液中的電離平衡、物質的量的相關計算、化學平衡的計算和影響因素。（1）已知：①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206.1 kJ·mol1，

②2H2(g)+CO(g)CH3OH(l) △H2=128.3 kJ·mol1，

③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H3=483.6 kJ·mol1，

根據蓋斯定律，將①+1/2×③+②得：CH4(g)+ 1/2O2(g)CH3OH(l)

△H=(+206.1 kJ·mol1)+1/2 (483.6 kJ·mol1)+(128.3 kJ·mol1)=164.0 kJ·mol1。

（2）①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；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，所以K2>K3；

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) a0.10 a0.10 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%。

（3）①由示意圖可知，重整系統中CO2和FeO反應生成FexOy和C，發生的反應中n(FeO)∶n(CO2)=6∶1，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；②熱分解系統中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解l mol Fe3O4轉移電子的物質的量為1 mol×3×(8/32)=2 mol。

（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；②由圖象可知當pH=6時，pC(H2CO3)=pC()，結合Ka1(H2CO3)= ==106；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。