Question

【題目】研究碳及其化合物的相互轉化對能源的充分利用、低碳經濟有著重要的作用．
（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
25℃時，在合適的催化劑作用下，采用甲烷和氧氣一步合成液態甲醇的熱化學方程式為 ．
（2）利用反應①來制備氫氣，為了探究溫度、壓強對反應①速率、轉化率的影響，某同學設計了以下三組對比實驗（溫度為400℃或500℃，壓強為101kPa或404kPa）．

實驗序號	溫度℃	壓強/kPa	CH4初始濃度/molL﹣1	H2O初始濃度/molL﹣1
1	400	p	3.0	7.0
2	t	101	3.0	7.0
3	400	101	3.0	7.0

①實驗2和實驗3相比，其平衡常數關系是K2K3（填“＞”、“＜”或“=”）．
②將等物質的量的CH4和水蒸氣充入1L恒容密閉容器中，發生上述反應，在400℃下達到平衡，平衡常數K=27，此時容器中CO物質的量為0.10mol，則CH4的轉化率為 ．
（3）科學家提出由CO2制 取 C的太陽能工藝如圖1所示．
①“重整系統”發生的反應中n（FeO）：n（CO2）=6：1，則Fe xOy的化學式為 ．
②“熱分解系統”中每分解l mol Fe xOy ， 轉移電子的物質的量為 ．

（4）pC類似pH，是指極稀溶液中的溶質濃度的常用負對數值．若某溶液中溶質的濃度為1×10﹣3molL﹣1 ， 則該溶液中溶質的pC=﹣lg（1×10﹣3）=3．如圖2為25℃時H2CO3溶液的pC﹣pH圖．請回答下列問題 （若離子濃度小于10﹣5mol/L，可認為該離子不存在）：
①在同一溶液中，H2CO3、HCO3﹣、CO32﹣（填“能”或“不能”）大量共存．
②求H2CO3一級電離平衡常數的數值Ka1= ．
③人體血液里主要通過碳酸氫鹽緩沖體系 可以抵消少量酸或堿，維持pH=7.4．當過量的酸進入血液中時，血液緩沖體系中的 最終將 ．
A．變大B．變小C．基本不變D．無法判斷．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+ O2（g）?CH3OH（l）△H1=﹣164.0kJ?mol﹣1
（2）＞；90.9%
（3）Fe3O4；2mol
（4）不能；1×10﹣6；A
【解析】解：（1）有熱化學方程式：
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
根據蓋斯定律：①+②+ ×③得CH4（g）+ O2 （g）CH3OH（l）△H1=﹣164.0kJmol﹣1 ．
所以答案是：CH4（g）+ O2 （g）CH3OH（l）△H1=﹣164.0kJmol﹣1
（2）①反應一是吸熱反應，溫度升高，化學平衡正向移動，k值變大，實驗2的溫度高于實驗3，所以k2＞k3
所以答案是：＞
②設CH4和H2O的起始量為x，根據三段式：

	CH4（g）+	H2O（g）		CO（g）+	3H2（g）
起始量：	x	x		0	0
轉化量：	0.1	0.1		0.1	0.3
平衡量：	x﹣0.1	x﹣0.1		0.1	0.3

由平衡常數表達式k= = =27，解得x=0.11，則平衡時甲烷的轉化率為： =90.9%．
所以答案是： （90.9%、90.91%、 ×100%）
（3）①由示意圖可知，重整系統中CO2和FeO反應生成FexOy和C，發生的反應中n（FeO）：n（CO2）=6：1，根據Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故FexOy的化學式為Fe3O4 ．
所以答案是：Fe 3O4
②熱分解系統中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解l mol Fe3O4轉移電子的物質的量為 =2mol．
所以答案是：2mol
（4）①碳酸存在的溶液中酸性較強、碳酸根離子存在的溶液中堿性較強，所以碳酸根離子和碳酸不能大量共存．
所以答案是：不能；
②由圖象可知當pH=6時，pC（H2CO3）=pC（HCO3﹣），結合Ka1（H2CO3）= = =1×10﹣6 ．
所以答案是：1×10﹣6
③氫離子濃度增大，平衡向左移動放出CO2 ， 碳酸濃度基本不變，則c（H+）/c（H2/span>CO3）最終將變大．
所以答案是：A
【考點精析】關于本題考查的化學平衡的計算和弱電解質在水溶液中的電離平衡，需要了解反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%；當弱電解質分子離解成離子的速率等于結合成分子的速率時，弱電解質的電離就處于電離平衡狀態；電離平衡是化學平衡的一種，同樣具有化學平衡的特征．條件改變時平衡移動的規律符合勒沙特列原理才能得出正確答案．