Question

12．利用天然氣可制得以H₂、CO等為主要組成的工業(yè)原料合成氣，反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
（1）甲烷與水蒸氣反應(yīng)，被氧化的元素是C
（2）將2mol CH₄和5mol H₂O（g）通入容積為100L的反應(yīng)室，CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖．
①達(dá)到A點(diǎn)所需的時(shí)間為5min，則v（H₂）=0.006mol•L^-1•min^-1
②圖中的p₁＜p₂（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系是K_C＞K_B＞K_A．
（3）合成氣用于合成氨時(shí)需除去CO，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，
下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大的有AC（選填編號(hào)）．
A．降低溫度
B．恒溫恒容下充入He（g）
C．將H₂從體系中分離
D．再通入一定量的水蒸氣
可用碳酸鉀溶液吸收生成的CO₂，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中由水電離出的c（OH^-）為1×10^-4mol•L^-1，
常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO${\;}_{3}^{2-}$）（填“＞”、“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中失電子化合價(jià)升高的元素被氧化；
（2）①A點(diǎn)時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，則參加反應(yīng)的n（CH₄）=2mol×0.5=1mol，同一可逆反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)參加反應(yīng)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以生成氫氣n（H₂）=3n（CH₄）=1mol×3=3mol，則氫氣平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
②該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，則甲烷轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)相同溫度下甲烷轉(zhuǎn)化率判斷壓強(qiáng)相對(duì)大�。�
根據(jù)圖知，一定壓強(qiáng)下，升高溫度，甲烷轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（3）該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，要使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，可以使二氧化碳物質(zhì)的量增大或水蒸氣物質(zhì)的量減小來(lái)實(shí)現(xiàn)；
 碳酸根離子水解導(dǎo)致碳酸鉀溶液呈堿性，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中由水電離出的c（OH^-）=$\frac{{K}_{w}}{1{0}^{-pH}}$；常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，溶液呈堿性，說(shuō)明HCO₃^-水解程度大于電離程度．

解答 解：（1）氧化還原反應(yīng)中失電子化合價(jià)升高的元素被氧化，該反應(yīng)中C元素化合價(jià)由-4價(jià)變?yōu)?2價(jià)、H元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以C元素被氧化，故答案為：C；
（2）①A點(diǎn)時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，則參加反應(yīng)的n（CH₄）=2mol×0.5=1mol，同一可逆反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)參加反應(yīng)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以生成氫氣n（H₂）=3n（CH₄）=1mol×3=3mol，則氫氣平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{100L}}{5min}$=0.006 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.006 mol•L^-1•min^-1；
②該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，則甲烷轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)圖知，相同溫度下從P1到P2，甲烷轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，應(yīng)該是增大壓強(qiáng)，所以p₁＜p₂；
根據(jù)圖知，一定壓強(qiáng)下，升高溫度，甲烷轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，根據(jù)圖知，溫度越高甲烷的轉(zhuǎn)化率越大，則化學(xué)平衡常數(shù)越大，所以K_C＞K_B＞K_A，
故答案為：＜；K_C＞K_B＞K_A；
（3）A．降低溫度，平衡正向移動(dòng)，所以$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，故A正確；
B．恒溫恒容下充入He（g），各物質(zhì)濃度不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，則$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，則$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，故C正確；
D．再通入一定量的水蒸氣，平衡正向移動(dòng)，但加入的水蒸氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水蒸氣參加反應(yīng)的增加量，所以
$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$減小，故D錯(cuò)誤；
故選AC；
 碳酸根離子水解導(dǎo)致碳酸鉀溶液呈堿性，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中由水電離出的c（OH^-）=$\frac{{K}_{w}}{1{0}^{-pH}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$mol/L=1×10^-4 mol•L^-1；常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，溶液呈堿性，說(shuō)明HCO₃^-水解程度大于電離程度，則則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO${\;}_{3}^{2-}$），故答案為：AC；1×10^-4 mol•L^-1；＞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生理解分析計(jì)算能力，明確圖象含義、外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響原理及鹽類水解原理是解本題關(guān)鍵，注意（3）D選項(xiàng)為易錯(cuò)點(diǎn)，很多同學(xué)往往平衡正向移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，題目難度中等．