Question

【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=+206.1 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℃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·L1	H2O初始浓度/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1 L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0.10 mol，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l mol FexOy，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1×103 mol·L1，则该溶液中溶质的pC=lg(1×103)=3。如图2为25℃时H2CO3溶液的pCpH图。请回答下列问题 (若离子浓度小于105 mol·L1，可认为该离子不存在)：

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，血液缓冲体系中的最终将_______。

A．变大 B．变小 C．基本不变 D．无法判断

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】本题考查盖斯定律的应用、弱电解质在水溶液中的电离平衡、物质的量的相关计算、化学平衡的计算和影响因素。（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，

根据盖斯定律，将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对比实验2、3，只有温度不同，其它条件相同，所以实验2、3的目的是探究温度对化学反应速率的影响；温度升高，平衡向吸热方向移动，该反应为吸热反应，所以平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，所以K2>K3；

②依据化学平衡的三段式列式计算，设CH4与H2O(g)物质的量为a，

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

起始量(mol) a a 0 0

变化量(mol) 0.10 0.10 0.10 0.30

平衡量(mol) a0.10 a0.10 0.10 0.30

由平衡常数表达式：K=27，

解之得：a=0.11，平衡转化率：×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Fe原子、O原子守恒可知x∶y=6∶(6+2)=3∶4，故FexOy的化学式为Fe3O4；②热分解系统中是Fe3O4分解为FeO与氧气，分解l mol Fe3O4转移电子的物质的量为1 mol×3×(8/32)=2 mol。

（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由图象可知当pH=6时，pC(H2CO3)=pC()，结合Ka1(H2CO3)= ==106；③氢离子浓度增大，平衡向左移动放出CO2，碳酸浓度基本不变，则c(H+)/c(H2CO3)最终将变大，故选A。