Question

【题目】CH4、CO2和碳酸都是碳的重要化合物，实现碳及其化合物的相互转化，对开发新能源和降低碳排放意义重大。

（1）已知：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1kJmol—1

②2H2(g)＋CO(g)CH3OH(l) △H2＝－128.3kJmol—1

③2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) △H3＝－483.6kJmol—1

写出由甲烷和氧气合成液态甲醇的热化学方程式：_____________________。

（2）若利用反应①来制备氢气。为了探究温度、压强对反应①的影响，设计以下三组对比实验（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	101	3.0	7.0
2	T	101	3.0	7.0
3	400	P	3.0	7.0

Ⅰ、实验1、实验2和实验3比较，反应开始时正反应速率最快的是_________；平衡时CH4的转化率最小的是_________。

Ⅱ、实验2和实验3相比，其平衡常数关系：K2______K3（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）科学家提出由CO2制取碳（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，同时生成标准状况下气体体积为_______。

（4）pC类似pH，是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。如某溶液中溶质的浓度为1×10—2molL—1，则该溶液中溶质的pC＝﹣lg(1×10—2)＝2。上图2为25℃时H2CO3溶液的pC﹣pH图。请回答下列问题：

①0＜pH＜4时，H2CO3溶液中主要存在的离子是___________；

②在8＜pH＜10时，溶液中HCO3—的pC值不随着pH增大而减小的原因是____；

③求H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1＝ _______________。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)＋O2 (g) 2CH3OH(l) △H＝－328.0kJmol—1 实验2或2 实验3或3 ＞ Fe3O4 11.2L H+、HCO3— 随着pH增大、HCO3—电离使pC(HCO3—)增大，H2CO3电离使pC(HCO3—)减小 10-6

【解析】（1）甲烷和氧气合成液态甲醇的热化学方程式（①+②）2+②得：2CH4(g)＋O2 (g) 2CH3OH(l) △H＝－328.0kJmol—1。

（2）由图数据知Ⅰ、实验1、是标准。实验2和实验3是通过和实验1，探究温度、压强对反应①的影响有数据可知实验2是改变温度，实验3是改变压强，温度和压强都比实验1大，所以反应开始时正反应速率最快的是实验2和实验3；因为①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1kJmol—1是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，CH4的转化率增大，又是一个气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，CH4的转化率减小。所以实验3平衡时CH4的转化率最小。

Ⅱ、结合上述分析，实验2和实验3相比，其平衡常数关系：K2＞K3

(3) ①由图分析：CO2C 转移电子4mol且n(FeO)∶n(CO2)＝6∶1 FexOyFeO。由此确定FexOy化学式为Fe3O4

因为FexOy为Fe3O4，分解时发生反应为 2 Fe3O4=6FeO + O2，分解l mol，同时生成标准状况下气体体积为11.2L。

（4）①根据图像在0＜pH＜4时，H2CO3溶液中主要存在的离子是H+、HCO3—，

②根据图像在8＜pH＜10时，溶液中HCO3—的pC值不随着pH增大而减小的原因是随着pH增大、HCO3—电离使pC(HCO3—)增大，H2CO3电离使pC(HCO3—)减小。

③根据题意pC＝﹣lg(1×10—2)＝2知C(H2CO3)= 1×10—2 molL—1由图知C(HCO3—)= 1×10—3 molL—1 C(H+)= 1×10—5 molL—1H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1＝（C(HCO3—).C(H+)）/C(H2CO3)= 10-6答案：10-6