Question

【题目】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：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=x

已知：标准状态下，由最稳定的单质生成1mol化合物的焓变，称为该化合物的标准摩尔生成焓，几种物质的标准摩尔生成焓如下。则x=__kJ·mol－1。(标准摩尔生成焓：CH4(g)－75kJ/mol；H2O(g)－240kJ/mol；CO(g)－110kJ/mol；H2(g)－0kJ/mol)

（2）为了探究温度、压强对反应(1)的影响，在恒温恒容下，向下列三个容器中均充入4molCH4和4molH2O。

容器	温度/℃	体积/L	CH4平衡浓度/mol·L－1	平衡时间/min
甲	400	1	1.5	5.0
乙	500	1	x	t1
丙	400	2	y	t2

①平衡前，容器甲中反应的平均速率(H2)=__mol/(L·min)；在一定条件下，能判断容器丙中的反应一定处于化学平衡状态的是__(填序号)；

A．3v(CH4)正=v(H2)逆 B．CH4和H2O的转化率相等

C．容器内压强保持不变 D．混合气体的密度保持不变

②平衡后，乙容器中CH4的转换率较丙低，其原因是__，其中t1__t2(填“>”、 “<”或“=”)。

（3）pC是指极稀溶液中溶质物质的量浓度的负对数。已知常温下，H2CO3溶液中加入强酸或强碱后达到平衡时溶液中三种成分的pC－pH图，据图

常温下，碳酸的一级电离常数Ka1的数量级为__；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是__。

（4）我国科学家根据反应CO2C+O2↑，结合电解池原理设计出了二氧化碳捕获与转化装置。该装置首先利用电解池中熔融电解质ZrO捕获CO2，发生的相关反应为：①CO2+O2－=CO32－，②2CO2+O2－=C2O52－，然后CO32－在阴极转化为碳单质和__；C2O52－在阳极发生电极反应，其方程式为__。

Answer 1

【答案】+205 1.5 AC 根据勒夏特列原理，容器乙因温度比丙高，平衡正向移动，因压强比丙大平衡逆向移动，但压强影响为主，乙的转化率比丙低 < 1×10-6 碳酸不带电，而碳酸氢根带一个单位的负电荷 O2－ 2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑

【解析】

⑴C(s) + 2H2 (g) = CH4 (g) △H=－75kJ/mol；

O2(g) + H2 (g) = H2O(g) △H=－240kJ/mol；

C(s) + O2(g) = CO(g) △H=－110kJ/mol；

根据第3个方程减去第2 个和第1个方程得到CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H= + 205 kJ·mol－1。

⑵①平衡前，容器甲中反应的平均速率甲烷开始的浓度为4 mol·L－1，平衡时的浓度为1.5 mol·L－1，改变的浓度为2.5 mol·L－1，则氢气的改变浓度为2.5mol·L－1×3=7.5 mol·L－1，则氢气的速率为；A选项，3v(CH4)正=v(H2)逆，一正一逆符合条件，速率比等于计量系数比，因此A符合；B选项，CH4和H2O的转化率相等，不能做为平衡的标志；C选项，该反应是体积增大的反应，当容器内压强保持不变，则达到平衡；D选项，密度等于质量除以体积，气体质量不变，容器体积不变，密度始终不变，因此混合气体的密度保持不变，不能作为判断平衡，因此AC正确。

②平衡后，根据勒夏特列原理，容器乙因温度比丙高，平衡正向移动，因压强比丙大平衡逆向移动，但压强影响为主，乙的转化率比丙低，由于乙容器温度高于丙，因此达到平衡所需时间短，即t1<t2。

⑶常温下，pH等于6时，碳酸浓度和碳酸氢根浓度相等，此时碳酸的一级电离常数Ka1的数量级为该点pH对应的氢离子浓度即1×10-6；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是碳酸不带电，易失去氢离子，而碳酸氢根带一个单位的负电荷，比较难失去氢离子。

⑷CO32－在阴极得到电子，C化合价降低得到碳单质和O2－；C2O52－在阳极O失去电子发生氧化反应生成氧气和二氧化碳，其方程式为2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑。

⑴C(s) + 2H2 (g) = CH4 (g) △H=－75kJ/mol；

O2(g) + H2 (g) = H2O(g) △H=－240kJ/mol；

C(s) + O2(g) = CO(g) △H=－110kJ/mol；

根据第3个方程减去第2 个和第1个方程得到CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H= + 205 kJ·mol－1，故答案为：+205。

⑵①平衡前，容器甲中反应的平均速率甲烷开始的浓度为4 mol·L－1，平衡时的浓度为1.5 mol·L－1，改变的浓度为2.5 mol·L－1，则氢气的改变浓度为2.5mol·L－1×3=7.5 mol·L－1，则氢气的速率为；A选项，3v(CH4)正=v(H2)逆，一正一逆符合条件，速率比等于计量系数比，因此A符合；B选项，CH4和H2O的转化率相等，不能做为平衡的标志；C选项，该反应是体积增大的反应，当容器内压强保持不变，则达到平衡；D选项，密度等于质量除以体积，气体质量不变，容器体积不变，密度始终不变，因此混合气体的密度保持不变，不能作为判断平衡，故答案为：1.5；AC。

②平衡后，根据勒夏特列原理，容器乙因温度比丙高，平衡正向移动，因压强比丙大平衡逆向移动，但压强影响为主，乙的转化率比丙低，由于乙容器温度高于丙，因此达到平衡所需时间短，即t1<t2，故答案为：根据勒夏特列原理，容器乙因温度比丙高，平衡正向移动，因压强比丙大平衡逆向移动，但压强影响为主，乙的转化率比丙低；<。

⑶常温下，pH等于6时，碳酸浓度和碳酸氢根浓度相等，此时碳酸的一级电离常数Ka1的数量级为该点pH对应的氢离子浓度即1×10-6；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是碳酸不带电，易失去氢离子，而碳酸氢根带一个单位的负电荷，比较难失去氢离子，故答案为：1×10-6；碳酸不带电，而碳酸氢根带一个单位的负电荷。

⑷CO32－在阴极得到电子，C化合价降低得到碳单质和O2－；C2O52－在阳极O失去电子发生氧化反应生成氧气和二氧化碳，其方程式为2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑，故答案为：O2－；2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑。