Question

【題目】CO2和CH4均為溫室氣體，若得以綜合利用，對(duì)溫室氣體整治具有重大意義。

（1）已知：

CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g） △H=+247．3kJ·mol-1

CH4（g）C（s）+2H2（g） △H=+75．0kJ·mol-1

反應(yīng)2CO（g）C（s）+CO2（g）在_______能自發(fā)進(jìn)行。

A、高溫 B、低溫 C、任意溫度 D、任意溫度都不能

（2）合成甲醇的主要反應(yīng)是CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。初始?jí)簭?qiáng)P1下，向體積為2L的恒容密閉容器中充入b mol CO和2b mol H2，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。請(qǐng)回答：

①下列判斷正確的是______

A、放熱反應(yīng) P1>P2 B、放熱反應(yīng) P1<P2

C、吸熱反應(yīng) P1>P2 D、吸熱反應(yīng) P1<P2

②200℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______（用含b的代數(shù)式表示）。若上述反應(yīng)經(jīng)過(guò)tmin達(dá)到平衡，則該時(shí)間段內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率為_______。

（3）實(shí)驗(yàn)室可用Na2CO3 與鹽酸混合制備少量CO2。在25℃時(shí)，取10．6g Na2CO3 與鹽酸混合所得的一組體積為1L 的溶液，溶液中部分微粒與pH 的關(guān)系如圖所示。則：

①根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，計(jì)算CO32－的水解常數(shù)K=____________________。

②pH = 6的溶液中：c（H2CO3）+ c（HCO3－）+ c（CO32－）_____（填＞、＜或＝）0.1 mol·L－1

（4）以甲烷為燃料的酸性燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：___________________________

Answer 1

【答案】B B 4/b2 < CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+

【解析】

（1）CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）△H═+247.3kJ/mol ①，CH4（g）C（s）+2H2（g）△H═+75kJ/mol ②，將方程式②-①得2CO（g）C（s）+CO2（g）△H═（+75kJ/mol）-（+247.3kJ/mol）=-172.3kJ/mol，該反應(yīng)的△H＜0、△S＜0，如果△H-T△S＜0就能自發(fā)進(jìn)行；

（2）①相同壓強(qiáng)下，升高溫度CO轉(zhuǎn)化率降低，平衡逆向移動(dòng)；該反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和減小，增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率增大；

②200℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以平衡時(shí)CO、H2、CH3OH的濃度分別0.25bmol/L、0.5bmol/L、0.25bmol/L，根據(jù)平衡常數(shù)的定義計(jì)算平衡常數(shù)；若200℃時(shí)，上述反應(yīng)經(jīng)過(guò)tmin達(dá)到平衡，氫氣轉(zhuǎn)化的濃度為0.5bmol/L，根據(jù)v=△c/△t計(jì)算；

（3）根據(jù)平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計(jì)算；

（4）甲烷和空氣為原料，構(gòu)成堿性燃料電池，負(fù)極上甲烷失電子生成碳酸根離子，據(jù)此書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。

（1）已知：①CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）△H=+247.3kJmol-1

②CH4（g）C（s）+2H2（g）△H=+75.0kJmol-1，根據(jù)蓋斯定很，將②-①得反應(yīng)2CO（g）C（s）+CO2（g）△H=-172.3kJmol-1，△H＜0，而該反應(yīng)△S＜0，所以該反應(yīng)在溫度較低的條件下可以自發(fā)進(jìn)行，

故答案為：B。

（2）①根據(jù)圖可知，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖相同溫度時(shí)P2的CO的轉(zhuǎn)化率大于P1，而該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，CO的轉(zhuǎn)化率越高，所以P1＜P2，

故答案為：B。

②200℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以平衡時(shí)CO、H2、CH3OH的濃度分別0.25bmol/L、0.5bmol/L、0.25bmol/L，所以平衡常數(shù)K=0.25b/（0.5b）2×0.25b=4/b2，若200℃時(shí)，上述反應(yīng)經(jīng)過(guò)tmin達(dá)到平衡，氫氣轉(zhuǎn)化的濃度為0.5bmol/L，所以該時(shí)間段內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率為0.5b/tmol/（Lmin）=b/2tmol/（Lmin），故答案為：4/b2；b/2tmol/（Lmin）。

（3）10.6g碳酸鈉的物質(zhì)的量為：n（Na2CO3）=10.6g/106g/mol =0.1mol，CO32-+H2OHCO3-+OH-的平衡常數(shù)K=c（HCO3）c（OH）/c（CO32），由圖中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)pH=11時(shí)，c（HCO3）=c（CO32），CO32－平衡常數(shù)K=c（OH）=1.0×10-3，故答案為：1.0×10-3。

②根據(jù)圖象可知，pH=6時(shí)有CO2生成，根據(jù)物料守恒可知：c（H2CO3）+c（HCO3-）+c（CO32-）＜0.1molL-1，故答案為：＜。

（4）甲烷和空氣為原料，構(gòu)成堿性燃料電池，負(fù)極上甲烷失電子生成碳酸根離子，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，

故答案為：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O。