Question

【题目】CO2和CH4均为温室气体，若得以综合利用，对温室气体整治具有重大意义。

（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

反应2CO（g）C（s）+CO2（g）在_______能自发进行。

A、高温 B、低温 C、任意温度 D、任意温度都不能

（2）合成甲醇的主要反应是CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。初始压强P1下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入b mol CO和2b mol H2，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。请回答：

①下列判断正确的是______

A、放热反应 P1>P2 B、放热反应 P1<P2

C、吸热反应 P1>P2 D、吸热反应 P1<P2

②200℃时，该反应的平衡常数K=_______（用含b的代数式表示）。若上述反应经过tmin达到平衡，则该时间段内氢气的平均反应速率为_______。

（3）实验室可用Na2CO3 与盐酸混合制备少量CO2。在25℃时，取10．6g Na2CO3 与盐酸混合所得的一组体积为1L 的溶液，溶液中部分微粒与pH 的关系如图所示。则：

①根据图中数据，计算CO32－的水解常数K=____________________。

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

（4）以甲烷为燃料的酸性燃料电池负极反应式：___________________________

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，将方程式②-①得2CO（g）C（s）+CO2（g）△H═（+75kJ/mol）-（+247.3kJ/mol）=-172.3kJ/mol，该反应的△H＜0、△S＜0，如果△H-T△S＜0就能自发进行；

（2）①相同压强下，升高温度CO转化率降低，平衡逆向移动；该反应前后气体计量数之和减小，增大压强CO转化率增大；

②200℃时，CO的转化率为0.5，所以平衡时CO、H2、CH3OH的浓度分别0.25bmol/L、0.5bmol/L、0.25bmol/L，根据平衡常数的定义计算平衡常数；若200℃时，上述反应经过tmin达到平衡，氢气转化的浓度为0.5bmol/L，根据v=△c/△t计算；

（3）根据平衡常数的定义进行计算；

（4）甲烷和空气为原料，构成碱性燃料电池，负极上甲烷失电子生成碳酸根离子，据此书写电极反应式。

（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，根据盖斯定很，将②-①得反应2CO（g）C（s）+CO2（g）△H=-172.3kJmol-1，△H＜0，而该反应△S＜0，所以该反应在温度较低的条件下可以自发进行，

故答案为：B。

（2）①根据图可知，温度越高，CO的转化率越小，所以该反应的正反应为放热反应，根据图相同温度时P2的CO的转化率大于P1，而该反应为气体体积减小的反应，压强越大，CO的转化率越高，所以P1＜P2，

故答案为：B。

②200℃时，CO的转化率为0.5，所以平衡时CO、H2、CH3OH的浓度分别0.25bmol/L、0.5bmol/L、0.25bmol/L，所以平衡常数K=0.25b/（0.5b）2×0.25b=4/b2，若200℃时，上述反应经过tmin达到平衡，氢气转化的浓度为0.5bmol/L，所以该时间段内氢气的平均反应速率为0.5b/tmol/（Lmin）=b/2tmol/（Lmin），故答案为：4/b2；b/2tmol/（Lmin）。

（3）10.6g碳酸钠的物质的量为：n（Na2CO3）=10.6g/106g/mol =0.1mol，CO32-+H2OHCO3-+OH-的平衡常数K=c（HCO3）c（OH）/c（CO32），由图中数据可知，当pH=11时，c（HCO3）=c（CO32），CO32－平衡常数K=c（OH）=1.0×10-3，故答案为：1.0×10-3。

②根据图象可知，pH=6时有CO2生成，根据物料守恒可知：c（H2CO3）+c（HCO3-）+c（CO32-）＜0.1molL-1，故答案为：＜。

（4）甲烷和空气为原料，构成碱性燃料电池，负极上甲烷失电子生成碳酸根离子，负极的电极反应式为：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，

故答案为：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O。