题目内容
【题目】CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题：
（1）CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：
①已知相关反应的能量变化如图所示：
过程Ⅰ的热化学方程式为________。
②关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________（填序号）。
a．实现了含碳物质与含氢物质的分离
b．可表示为CO2＋H2＝H2O（g）＋CO
c．CO未参与反应
d．Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
③其他条件不变，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，反应CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g）进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是________。
（2）在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa，加入Ni／α－Al2O3催化剂并加热至1123K使其发生反应CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g）。
①研究表明CO的生成速率υ（CO）＝1.3×10－2·p（CH4）·p（CO2）mol·g－1·s－1，某时刻测得p（CO）＝20kPa，则p（CO2）＝________kPa，υ（CO）＝________mol·g－1·s－1。
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp＝________（kPa）2。（用各物质的分压代替物质的量浓度计算）
（3）CH4超干重整CO2得到的CO经偶联反应可制得草酸（H2C2O4）。常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定浓度的NaOH溶液，所得溶液中
，则此时溶液的pH＝________。（已知常温下H2C2O4的Ka1＝6×10－2，Ka2＝6×10－5，lg6＝0.8）
【答案】CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4kJ·mol-1 cd 不是 b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高 15 1.95 
2.7
【解析】
由能量－反应进程曲线得热化学方程式，应用盖斯定律可得过程I的热化学方程式。过程II中进入循环的物质是最初反应物，出循环的物质是最终生成物，可得总反应方程式。恒温恒容时组分气体的分压与其物质的量成正比，故用分压代替物质的量进行计算。草酸溶液与NaOH溶液混合后，其两步电离平衡仍然存在，据电离常数表达式可求特定条件下溶液的pH。
(1)①据CH4超干重整CO2的催化转化图，过程I的化学反应为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。由能量－反应进程曲线得热化学方程式：
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH＝+206.2kJ·mol-1 （i）
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－165kJ·mol-1 （ii）
(i)×2+(ii)得过程I的热化学方程式：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4kJ·mol-1
②过程Ⅱ物质变化为：左上（CO、H2、CO2）+ 右下（惰性气体）→ 左下（H2O）+ 右上（CO、惰性气体），总反应为H2+CO2=H2O+CO。Fe3O4、CaO为总反应的催化剂，能降低反应的活化能，但不能改变反应的ΔH。故ab正确，cd错误。
③通常，催化剂能加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间。但催化剂不能使平衡发生移动，即不能改变平衡转化率。若图中a点为化学平衡，则保持温度不变（800℃），将催化剂II换成I或III，CH4转化率应不变，故a点不是化学平衡。
同理，图中b、c两点都未达到化学平衡。据题意，b、c两点只有温度不同，b点温度较高，反应速率快，相同时间内CH4转化率高。
(2)①据气态方程PV＝nRT，恒温恒容时某组分气体的分压与其物质的量成正比。则反应中分压为
1123K恒容时，CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g）
起始分压/kPa： 20 25 0 0
改变分压/kPa： 10 10 20 20
某时分压/kPa： 10 15 20 20
即某时刻p(CO2)＝15kPa，p(CH4)＝10kPa。代入υ(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2)mol·g－1·s－1＝1.95mol·g－1·s－1。
②设达到平衡时CH4的改变分压为x kPa，
1123K恒容时，CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g）
起始分压/kPa： 20 25 0 0
改变分压/kPa： x x 2x 2x
平衡分压/kPa： 20－x 25－x 2x 2x
据题意，有
＝1.8，解得x＝18。CH4(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的平衡分压依次是2 kPa、7 kPa、36 kPa、36 kPa，代入Kp＝
＝(kPa)2。
(3)常温下，草酸溶液与NaOH溶液混合，所得混合溶液中仍存在分步电离：
H2C2O4
H++HC2O4－ Ka1＝
HC2O4－H++C2O42－ Ka2＝
当
时，Ka1·Ka2＝
。
＝
＝6×10－3.5 mol/L，pH＝2.7。
名校课堂系列答案【题目】（12分）已知：I2＋2S2O===S4O＋2I－。相关物质的溶度积常数见下表：
物质 | Cu(OH)2 | Fe(OH)3 | CuCl | CuI |
Ksp | 2.2×10－20 | 2.6×10－39 | 1.7×10－7 | 1.3×10－12 |
(1)某酸性CuCl2溶液中含有少量的FeCl3，为得到纯净的CuCl2·2H2O晶体，加入 ，（填化学式）调至pH＝4，使溶液中的Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中的c(Fe3＋)＝ 。过滤后，将所得滤液低温蒸发、浓缩结晶，可得到CuCl2·2H2O晶体。
(2)在空气中直接加热CuCl2·2H2O晶体得不到纯的无水CuCl2，原因是 (用化学方程式表示)。由CuCl2·2H2O晶体得到纯的无水CuCl2的合理方法是 。
(3)某学习小组用“间接碘量法”测定含有CuCl2·2H2O晶体的试样(不含能与I－发生反应的氧化性杂质)的纯度，过程如下：取0.36 g试样溶于水，加入过量KI固体，充分反应，生成白色沉淀。用0.1000 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定，到达滴定终点时，消耗Na2S2O3标准溶液20.00 mL。
①可选用 作滴定指示剂，滴定终点的现象是 。
②CuCl2溶液与KI反应的离子方程式为 。
③该试样中CuCl2·2H2O的质量百分数为 。
【题目】碱式碳酸铜可用作木材防腐剂、水体杀藻剂等，研究性学习小组设计以下方案制备碱式碳酸铜并进行相关实验探究。
Ι．以铜屑为原料制备碱式碳酸铜的装置如下：
步骤1 连接好装置，检查装置的气密性，装药品。
步骤2 往三颈烧瓶中加入适量的浓硝酸，使铜屑完全反应。
步骤3 往步骤2反应后的溶液中加入一定比例的Na2CO3和NaOH的混合液，加热。
步骤4 将三颈烧瓶中的混合物过滤、洗涤、烘干，获得产物。
已知：ⅰ．碱式碳酸铜为草绿色或绿色结晶物，易溶于酸，不溶于水，在100℃的水中易分解；
ⅱ．NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O；
NO不能单独与NaOH溶液反应。
（1）步骤2中浓硝酸与铜屑反应的离子方程式为___________________。
（2）步骤2反应一段时间后，须打开止水夹，通入一段时间的空气，目的是_______。
（3）步骤3对装置A的加热方式最好采用____________。
（4）装置Ι中仪器a的名称为____，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个装置不能替代图1中B装置的是_____（填装置序号）。
（5）欲检验步骤4获得的产物中是否含有NO3-，所需的试剂可以是__________。
Ⅱ．探究在一定温度下，不同的原料配比对产物的影响，实验数据如下：
实验序号 | V[Cu(NO3)2] /mL （0.5 mo1·L-1） | V(NaOH) / mL （0.5 mo1·L-1） | V(Na2CO3)/ mL （0.25 mo1·L-1） | 沉淀数量 | 沉淀颜色 |
1 | 2.0 | 2.0 | 1.6 | + | 浅绿色 |
2 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | + + | 浅绿色 |
3 | 2.0 | 2.0 | 2.4 | + + + | 蓝色 |
4 | 2.0 | 2.0 | 2.8 | + + + | 蓝色 |
注：“+”越多表示沉淀量越多
（6）分析表格数据可得：制备碱式碳酸铜最佳的原料配比n[Cu(NO3)2]:n(NaOH) : n(Na2CO3) =___。
Ⅲ．产物组成的测定
（7）碱式碳酸铜的成分有多种，化学式可表示为mCu(OH)2·n CuCO3。为测定Ι中所得碱式碳酸铜的组成，学习小组同学准确称取3.820 g样品溶于适量的硫酸中，加水配成l00 mL溶液，取l0.00 mL溶液于锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH至3～4，加入过量的KI（2 Cu2+ + 4 I- = 2 CuI↓ + I2），用0.l000 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定（2 S2O32- + I2 = 2I- + S4O62-），接近终点时，加入淀粉指示剂，继续滴定至终点，蓝色消失。进行平行实验后，测得平均消耗Na2S2O3标准溶液的体积为35.00 mL。该碱式碳酸铜的化学式为_____
