Question

CO₂是生活中常见的化合物之一，随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题，人类对CO₂的性质研究和综合利用日益重视．
Ⅰ．在催化剂作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，但甲醇转化率通常不会超过1%，这是制约该反应走向工业化的主要原因．
某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数（TON）的影响来评价催化剂的催化效果．计算公式为：TON=

转化的甲醇的物质的量

催化剂的物质的量

．
（1）根据反应温度对TON的影响图1（相同时间内测定），判断该反应的焓变△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”），理由是

 

．

（2）根据反应时间对TON的影响图（图2），已知溶液总体积10mL，反应起始时甲醇0.25mol，催化剂0.6×10^-5 mol，计算该温度下，4～7h内DMC的平均反应速率：

 

．
（3）根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图（图3），判断下列说法正确的是

 

．
A．由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO₂转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
B．在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON
C．当催化剂用量低于1.2×10^-5mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高
D．当催化剂用量高于1.2×10^-5mol时，随着催化剂用量的增加DMC的产率反而急剧下降
Ⅱ．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．己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．
（4）由题给数据可算得正常人体血液的pH

 

（保留一位小数）．
（5）正常人体血液中H₂CO₃、HCO₃^-、OH^-、H⁺四种微粒浓度由大到小关系为：

 

．
（6）当少量的酸、碱进入血液中时，血液pH变化不大，其原因是

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,化学反应速率的影响因素,弱电解质在水溶液中的电离平衡,盐类水解的应用,离子浓度大小的比较

专题：化学平衡专题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）分析温度对反应影响分析，随温度升高，TON先增大后减小，说明低温时反应正向进行，180°C达到最大，说明费用达到平衡状态，继续升温TON减小，说明平衡逆向进行，依据平衡移动原理分析正反应是放热反应；
（2）依据图象分析，4～7h内TON为10，依据TON=

转化的甲醇的物质的量

催化剂的物质的量

，计算转化的甲醇的物质的量，结合反应速率还能计算得到甲醇反应速率，反应速率之比等于化学方程式计量数之比得到DMC的平均反应速率；
（3）在催化剂作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，依据化学平衡原理和影响因素分析判断平衡移动方向，结合TON=

转化的甲醇的物质的量

催化剂的物质的量

计算分析判断选项；
（4）Ka=

c(HCO3-)c(H+)

c(H2CO3)

，Ka=10^-6.1mol?L^-1，正常血液中c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1；
（5）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；
（6）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： （1）随温度升高，TON先增大后减小，说明低温时反应正向进行，180°C达到最大，说明费用达到平衡状态，继续升温TON减小，说明平衡逆向进行，逆反应是吸热反应，依据平衡移动原理分析正反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应放热；
（2）图象分析，4～7h内TON为10，依据TON=

转化的甲醇的物质的量

催化剂的物质的量

，计算转化的甲醇的物质的量=10×0.6×10^-5 mol=6×10^-5mol，反应甲醇的反应速率=

6×10-5mol 0.010L

(7-4)h

=2×10^-3mol/L?h，V（DMC）=

1

2

V（CH₃OH）=1×10^-3mol/L?h，
故答案为：1×10^-3 mol?L^-1?h^-1；
（3）在催化剂作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，
A．依据反应化学方程式可知，甲醇和二氧化碳反应生成DMC和水，由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO₂转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义，故A正确；
B．在反应体系中添加合适的脱水剂，减少生成物浓度，平衡正向进行，将提高该反应的TON，故B正确；
C．当催化剂用量低于1.2×10^-5mol时，转化数增大，依据TON=

转化的甲醇的物质的量

催化剂的物质的量

分析，催化剂改变反应速率缩短反应时间，不改变转化率，故C错误；
D．当催化剂用量高于1.2×10^-5mol时，随着催化剂用量的增加，依据TON=

转化的甲醇的物质的量

催化剂的物质的量

分析，转化数减小，DMC的产率不变，故D错误；
故答案为：AB；
（4）Ka=

c(HCO3-)c(H+)

c(H2CO3)

，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；                           
（5）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⁺）；
（6）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：本题考查图象分析方法，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．