Question

15．（1）二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放．在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2molCO₂和3molH₂，发生的反应为CO₂（g）+3H₂（g）   CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-aKJ•mol^-1（a＞0），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①该反应10min内用H₂表示的反应速率为0.075mol/（L•min）．
②能说明该反应已达平衡状态的是AB．
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4mol H₂O
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变
③下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD（选填编号）．
A．升高温度B．恒温恒容下充入He（g）C．将H₂O（g）从体系中分离D．恒温恒容再充入2molCO₂和3molH₂
④计算该温度下此反应的平衡常数K=0.20．若改变C条件（填选项），可使K=1．
A．增大压强   B．增大反应物浓度  C．降低温度  D．升高温度  E．加入催化剂
（2）如果人体内的CO₂不能顺利排除体外会造成酸中毒，缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响，人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系 （H₂CO₃/HCO₃^-）维持pH稳定．已知正常人体血液在正常体温时，H₂CO₃的一级电离常数Ka₁=10^-6.1，c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1，lg2=0.3．
①由题给数据可算得正常人体血液的pH7.4（保留一位小数）．
②正常人体血液中H₂CO₃、HCO₃^-、OH^-、H⁺四种微粒浓度由大到小关系为：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
③当少量的酸、碱进入血液中时，血液pH变化不大，其原因是当少量酸进入血液中时，HCO₃^-就与H⁺发生反应来维持血液的pH稳定，当少量碱进入血液中时，H₂CO₃就与OH^-发生反应来维持血液的pH稳定．

Answer 1

分析 （1）①据v（CH₃OH）=$\frac{△c（C{H}_{3}OH）}{△t}$求得甲醇的反应速率，再据速率之比等于化学计量数之比，求氢气的反应速率；
②化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，则根据反应，平衡向正反应方向移动即可；
④根据图象数据结合平衡常数K的计算公式进行计算，根据K仅与温度有关及反应为放热来判断改变条件；
（2）①Ka=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$，Ka=10^-6.1mol•L^-1，正常血液中c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1；
②正常血液中c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1，碳酸氢根离子浓度大于碳酸浓度，溶液呈碱性；
③根据血液中存在的电离平衡分析，HCO₃^-、CO₃^2-均水解显碱性．

解答 解：（1）①v（CH₃OH）=$\frac{△c（C{H}_{3}OH）}{△t}$=$\frac{0.25mol/L}{10min}$=0.025mol/（L•min），则v（H₂）=3×0.025mol/（L•min）=0.075mol/（L•min），
故答案为：0.075mol/（L•min）；
②A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，则能说明达到平衡状态，故A正确；
B．混合气体的平均相对分子质量=$\frac{混合气体的质量总和}{混合气体的物质的量总和}$，混合气体的质量始终不变，反应前后气体物质的量不相同，平均相对分子质量不变，说明混合气体的物质的量不变，则各组分物质的量不变，反应达到平衡状态，故B正确；
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O，不能体现正逆反应，故不能说明达到平衡状态，故C错误；
D．H₂O与CH₃OH都是产物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比一直为1：1，不能说明达到平衡状态，故D错误；
故答案为：AB；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，则根据反应，
A．升高温度，平衡逆向移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
B．恒温恒容下充入He（g），平衡不移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正确；
D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，等效于开始加入4molCO₂和6molH₂，压强增大，平衡正向移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正确；
故选：CD；
④由图象数据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
开始浓度：1      1.5       0          0
转化浓度：0.25      0.75     0.25      0.25
平衡浓度：0.75      0.75     0.25      0.25
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，则要使K=1，又反应放热所以降低温度使平衡向正反应方向移动，
故答案为：0.20；C；
（2）①Ka=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$，Ka=10^-6.1mol•L^-1，正常血液中c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1，则c（H⁺）=10^-7.4mol•L^-1，则pH=7.4，
故答案为：7.4；
②正常血液中c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1，碳酸氢根离子浓度大于碳酸浓度，溶液呈碱性，溶液中离子浓度大小为c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
③血液是缓冲溶液，缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响，当少量酸进入血液中时，HCO₃^-就与H⁺发生反应来维持血液的pH稳定，当少量碱进入血液中时，H₂CO₃就与OH^-发生反应来维持血液的pH稳定；
故答案为：当少量酸进入血液中时，HCO₃^-就与H⁺发生反应来维持血液的pH稳定，当少量碱进入血液中时，H₂CO₃就与OH^-发生反应来维持血液的pH稳定．

点评 本题考查了化学平衡的有关知识，缓冲溶液及盐类水解，平衡影响因素，离子浓度大小比较，明确习题中的信息及有关Ka的计算是解答本题的关键，题目难度中等．