Question

【題目】CH4、CO2和碳酸都是碳的重要化合物，實(shí)現(xiàn)碳及其化合物的相互轉(zhuǎn)化，對(duì)開(kāi)發(fā)新能源和降低碳排放意義重大。

（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

寫出由甲烷和氧氣合成液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式：_____________________。

（2）若利用反應(yīng)①來(lái)制備氫氣。為了探究溫度、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)①的影響，設(shè)計(jì)以下三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)（溫度為400℃或500℃，壓強(qiáng)為101kPa或404kPa）。

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	溫度/℃	壓強(qiáng)/kPa	CH4初始濃度/ mol·L—1	H2O初始濃度/ mol·L—1
1	400	101	3.0	7.0
2	T	101	3.0	7.0
3	400	P	3.0	7.0

Ⅰ、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3比較，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)正反應(yīng)速率最快的是_________；平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率最小的是_________。

Ⅱ、實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3相比，其平衡常數(shù)關(guān)系：K2______K3（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）科學(xué)家提出由CO2制取碳（C）的太陽(yáng)能工藝如圖1所示．

①“重整系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)中n(FeO)∶n(CO2)＝6∶1，則FexOy的化學(xué)式為______；

②“熱分解系統(tǒng)”中每分解l mol FexOy，同時(shí)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積為_______。

（4）pC類似pH，是指極稀溶液中的溶質(zhì)濃度的常用負(fù)對(duì)數(shù)值。如某溶液中溶質(zhì)的濃度為1×10—2molL—1，則該溶液中溶質(zhì)的pC＝﹣lg(1×10—2)＝2。上圖2為25℃時(shí)H2CO3溶液的pC﹣pH圖。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①0＜pH＜4時(shí)，H2CO3溶液中主要存在的離子是___________；

②在8＜pH＜10時(shí)，溶液中HCO3—的pC值不隨著pH增大而減小的原因是____；

③求H2CO3一級(jí)電離平衡常數(shù)的數(shù)值Ka1＝ _______________。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)＋O2 (g) 2CH3OH(l) △H＝－328.0kJmol—1 實(shí)驗(yàn)2或2 實(shí)驗(yàn)3或3 ＞ Fe3O4 11.2L H+、HCO3— 隨著pH增大、HCO3—電離使pC(HCO3—)增大，H2CO3電離使pC(HCO3—)減小 10-6

【解析】（1）甲烷和氧氣合成液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式（①+②）2+②得：2CH4(g)＋O2 (g) 2CH3OH(l) △H＝－328.0kJmol—1。

（2）由圖數(shù)據(jù)知Ⅰ、實(shí)驗(yàn)1、是標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3是通過(guò)和實(shí)驗(yàn)1，探究溫度、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)①的影響有數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)2是改變溫度，實(shí)驗(yàn)3是改變壓強(qiáng)，溫度和壓強(qiáng)都比實(shí)驗(yàn)1大，所以反應(yīng)開(kāi)始時(shí)正反應(yīng)速率最快的是實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3；因?yàn)棰?/span>CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1kJmol—1是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CH4的轉(zhuǎn)化率增大，又是一個(gè)氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率減小。所以實(shí)驗(yàn)3平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率最小。

Ⅱ、結(jié)合上述分析，實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3相比，其平衡常數(shù)關(guān)系：K2＞K3

(3) ①由圖分析：CO2C 轉(zhuǎn)移電子4mol且n(FeO)∶n(CO2)＝6∶1 FexOyFeO。由此確定FexOy化學(xué)式為Fe3O4

因?yàn)?/span>FexOy為Fe3O4，分解時(shí)發(fā)生反應(yīng)為 2 Fe3O4=6FeO + O2，分解l mol，同時(shí)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積為11.2L。

（4）①根據(jù)圖像在0＜pH＜4時(shí)，H2CO3溶液中主要存在的離子是H+、HCO3—，

②根據(jù)圖像在8＜pH＜10時(shí)，溶液中HCO3—的pC值不隨著pH增大而減小的原因是隨著pH增大、HCO3—電離使pC(HCO3—)增大，H2CO3電離使pC(HCO3—)減小。

③根據(jù)題意pC＝﹣lg(1×10—2)＝2知C(H2CO3)= 1×10—2 molL—1由圖知C(HCO3—)= 1×10—3 molL—1 C(H+)= 1×10—5 molL—1H2CO3一級(jí)電離平衡常數(shù)的數(shù)值Ka1＝（C(HCO3—).C(H+)）/C(H2CO3)= 10-6答案：10-6