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=+206.1kJmol﹣1
②2H2（g）+CO（g）CH3OH（l）△H2=﹣128.3kJmol﹣1
③2H2（g）+O2（g）2H2O （g）△H3=﹣483.6kJmol﹣1
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/molL﹣1	H2O初始浓度/molL﹣1
1	400	p	3.0	7.0
2	t	101	3.0	7.0
3	400	101	3.0	7.0

①实验2和实验3相比，其平衡常数关系是K2K3（填“＞”、“＜”或“=”）．
②将等物质的量的CH4和水蒸气充入1L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0.10mol，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Fe xOy的化学式为 ．
②“热分解系统”中每分解l mol Fe xOy ， 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1×10﹣3molL﹣1 ， 则该溶液中溶质的pC=﹣lg（1×10﹣3）=3．如图2为25℃时H2CO3溶液的pC﹣pH图．请回答下列问题 （若离子浓度小于10﹣5mol/L，可认为该离子不存在）：
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）△H1=﹣164.0kJ?mol﹣1
（2）＞；90.9%
（3）Fe3O4；2mol
（4）不能；1×10﹣6；A
【解析】解：（1）有热化学方程式：
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
根据盖斯定律：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反应一是吸热反应，温度升高，化学平衡正向移动，k值变大，实验2的温度高于实验3，所以k2＞k3
所以答案是：＞
②设CH4和H2O的起始量为x，根据三段式：

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

由平衡常数表达式k= = =27，解得x=0.11，则平衡时甲烷的转化率为： =90.9%．
所以答案是： （90.9%、90.91%、 ×100%）
（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 ．
所以答案是：Fe 3O4
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 =2mol．
所以答案是：2mol
（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．
所以答案是：不能；
②由图象可知当pH=6时，pC（H2CO3）=pC（HCO3﹣），结合Ka1（H2CO3）= = =1×10﹣6 ．
所以答案是：1×10﹣6
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．
所以答案是：A
【考点精析】关于本题考查的化学平衡的计算和弱电解质在水溶液中的电离平衡，需要了解反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质量×100%；当弱电解质分子离解成离子的速率等于结合成分子的速率时，弱电解质的电离就处于电离平衡状态；电离平衡是化学平衡的一种，同样具有化学平衡的特征．条件改变时平衡移动的规律符合勒沙特列原理才能得出正确答案．