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=+206.1kJ·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·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________。

（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lmolFexOy,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1×10-3mol·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c(H2CO3)/c(HCO3-)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c(H+)/c(H2CO3)最終將_______。

A.變大 B.變小 C.基本不變 D.無法判斷

Answer 1

【答案】 CH4(g)+1/2O2(g) CH3OH(l) ΔH1=-164.0kJ/mol > 10/11(90.0%、90.91%、10/11×100%) Fe3O4 2mol 不能 1×10-6 A

【解析】（1）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，由①+②+×③得：CH4(g)+ O2(g) CH3OH(l) ΔH1=-164.0KJ/mol；

（2）反應①是吸熱反應，溫度升高，化學平衡正向移動，K值變大，實驗2的溫度高于實驗3，所以K2>K3；②設甲烷和水的起始量為x，根據三段式有：

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

起始量：x x 0 0

轉化量：0.1 0.1 0.1 0.3

平衡量：x-0.1 x-0.1 0.1 0.3

由平衡常數表達式K===27，解得x=0.11，則平衡時甲烷的轉化率為： ×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,根據鐵、氧原子守恒可知x:y=6:(6+2)=3:4，故FexOy的化學式為Fe3O4；②熱分解體系中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解1mol Fe3O4轉移電子的物質的量為1mol×3×(-2)=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；②由圖像可知當PH=6時，Pc(H2CO3)=Pc(HCO3-)，結合Ka1(H2CO3)= ==1×10-6；③氫離子濃度增大，平衡向左移動放出二氧化碳，碳酸濃度基本不變，則c(H+)/c(H2CO3)最終將變大。答案選A。