题目内容
【题目】研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、低碳经济有着重要的作用。
（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℃时,在合适的催化剂作用下,采用甲烷和氧气一步合成液态甲醇的热化学方程式为_________。
（2）利用反应①来制备氢气,为了探究温度、压强对反应①速率、转化率的影响,某同学设计了以下三组对比实验(温度为400℃或500℃,压强为101kPa或404kPa)。
实验序号 | 温度℃ | 压强/kPa | CH4初始浓度/mol·L-1 | H2O初始浓度/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实验2和实验3相比,其平衡常数关系是K2______K3(填“>”、“<”或“=”)。
②将等物质的量的CH4和水蒸气充入1L恒容密闭容器中,发生上述反应,在400℃下达到平衡,平衡常数K=27,此时容器中CO物质的量为0.10mol,则CH4的转化率为________。
（3）科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图1所示。
①“重整系统”发生的反应中n(FeO):n(CO2)=6:1,则FexOy的化学式为______________。
②“热分解系统”中每分解lmolFexOy,转移电子的物质的量为________。
（4）pC类似pH,是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。若某溶液中溶质的浓度为1×10-3mol·L-1,则该溶液中溶质的pC=-lg(1×10-3)=3。如图2为25℃时H2CO3溶液的pC-pH图。请回答下列问题(若离子浓度小于10-5mol/L,可认为该离子不存在):
①在同一溶液中,H2CO3、HCO3-、CO32-_____________(填“能”或“不能”)大量共存。
②求H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1=________________。
③人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系c(H2CO3)/c(HCO3-)可以抵消少量酸或碱,维持pH=7.4。当过量的酸进入血液中时,血液缓冲体系中的c(H+)/c(H2CO3)最终将_______。
A.变大 B.变小 C.基本不变 D.无法判断
【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
根据盖斯定律，由①+②+
×③得：CH4(g)+ 
O2(g) CH3OH(l) ΔH1=-164.0KJ/mol；
（2）反应①是吸热反应，温度升高，化学平衡正向移动，K值变大，实验2的温度高于实验3，所以K2>K3；②设甲烷和水的起始量为x，根据三段式有：
CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
起始量：x x 0 0
转化量：0.1 0.1 0.1 0.3
平衡量：x-0.1 x-0.1 0.1 0.3
由平衡常数表达式K=
=
=27，解得x=0.11，则平衡时甲烷的转化率为： 
×100%=90.9%；(3) ①由示意图可知，“重整系统”中CO2和FeO反应生成FexOy和C，发生的反应中n(FeO):n(CO2)=6:1,根据铁、氧原子守恒可知x:y=6:(6+2)=3:4，故FexOy的化学式为Fe3O4；②热分解体系中是Fe3O4分解为FeO与氧气，分解1mol Fe3O4转移电子的物质的量为1mol×3×(
-2)=2mol；(4) ①碳酸存在的溶液中酸性较强，碳酸根离子存在的溶液中碱性较强，所以碳酸根离子和碳酸不能大量共存；②由图像可知当PH=6时，Pc(H2CO3)=Pc(HCO3-)，结合Ka1(H2CO3)= 
=
=1×10-6；③氢离子浓度增大，平衡向左移动放出二氧化碳，碳酸浓度基本不变，则c(H+)/c(H2CO3)最终将变大。答案选A。
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