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。
阅读快车系列答案
【题目】下表是周期表中的一部分，根据①--⑩在周期表中的位置，用元素符号或化学式回答下列问题：
族周期 | ⅠA | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA | 0 |
1 | ① | |||||||
2 | ④ | ⑦ | ⑧ | ⑩ | ||||
3 | ② | ③ | ⑤ | ⑥ | ⑨ |
（1）表中元素，化学性质最不活泼的是______，还原性最强的单质是______，可用于制半导体材料的元素是______；
（2）在②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨中，原子半径最大的是______；
（3）比较⑥、⑦、⑨的氢化物的稳定性最弱的是______；
（4）铍
位于元素周期表中第二周期第ⅡA族。相同条件下，单质铍与酸反应比单质锂与酸反应更加______（填“剧烈”或“缓慢”），写出铍与盐酸反应的化学方程式__________。
