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【题目】CH4、CO2和碳酸都是碳的重要化合物,实现碳及其化合物的相互转化,对开发新能源和降低碳排放意义重大。

(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

写出由甲烷和氧气合成液态甲醇的热化学方程式_____________________

(2)若利用反应来制备氢气为了探究温度、压强对反应的影响,设计以下三组对比实验(温度为400℃500℃,压强为101kPa404kPa)。

实验序号

温度/℃

压强/kPa

CH4初始浓度/ mol·L—1

H2O初始浓度/ 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、实验1、实验2和实验3比较,反应开始时正反应速率最快的是_________;平衡时CH4的转化率最小的是_________

Ⅱ、实验2和实验3相比,其平衡常数关系K2______K3(填“>”、“<”“=”)。

(3)科学家提出由CO2制取碳(C)的太阳能工艺如图1所示.

①“重整系统发生的反应中n(FeO)∶n(CO2)=6∶1,则FexOy的化学式为______

②“热分解系统中每分解l mol FexOy,同时生成标准状况下气体体积为_______

(4)pC类似pH,是指极稀溶液中的溶质浓度的常用负对数值。如某溶液中溶质的浓度为1×10—2molL—1,则该溶液中溶质的pC=﹣lg(1×10—2)=2。上图225℃H2CO3溶液的pC﹣pH请回答下列问题:

0<pH<4时,H2CO3溶液中主要存在的离子是___________

8<pH<10时,溶液中HCO3pC值不随着pH增大而减小的原因是____

H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1_______________

【答案】 2CH4(g)+O2 (g) 2CH3OH(l) △H=-328.0kJmol—1 实验2或2 实验3或3 Fe3O4 11.2L H+、HCO3 随着pH增大、HCO3电离使pC(HCO3)增大,H2CO3电离使pC(HCO3)减小 10-6

【解析】1甲烷和氧气合成液态甲醇的热化学方程式+2+②得:2CH4(g)O2 (g) 2CH3OH(l) H=-328.0kJmol—1

(2)由图数据知Ⅰ、实验1、是标准。实验2和实验3是通过和实验1,探究温度、压强对反应的影响有数据可知实验2是改变温度,实验3是改变压强,温度和压强都比实验1大,所以反应开始时正反应速率最快的是实验2和实验3;因为①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206.1kJmol—1是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向进行,CH4的转化率增大,又是一个气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,CH4的转化率减小。所以实验3平衡时CH4的转化率最小

Ⅱ、结合上述分析,实验2和实验3相比,其平衡常数关系:K2K3

(3) ①由图分析:CO2C 转移电子4mol且n(FeO)n(CO2)61 FexOyFeO。由此确定FexOy化学式为Fe3O4

因为FexOyFe3O4,分解时发生反应为 2 Fe3O4=6FeO + O2分解l mol同时生成标准状况下气体体积为11.2L

(4)①根据图像在0<pH<4时,H2CO3溶液中主要存在的离子是H+、HCO3

②根据图像在8<pH<10时,溶液中HCO3的pC值不随着pH增大而减小的原因是随着pH增大、HCO3电离使pC(HCO3)增大,H2CO3电离使pC(HCO3)减小

③根据题意pC=﹣lg(1×10—2)=2C(H2CO3)= 1×10—2 molL—1由图知C(HCO3)= 1×10—3 molL—1 C(H+)= 1×10—5 molL—1H2CO3一级电离平衡常数的数值Ka1=(C(HCO3).C(H+))/C(H2CO3)= 10-6答案:10-6

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CO(g)+H2O(g) =CO2(g)+H2(g) H= — 41.2kJmol-1

1气化炉中CO2C反应转化为CO该反应的热化学方程式是 __________________________________

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①生成甲醇的反应为_______(填放热吸热)。

②图中两条曲线分别表示压强为0.1MPa5.0MPaCO转化率随温度的变化,其中代表压强是5.0MPa的曲线是____________“A”“B”)。

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A.NH3 B.CO2 C.N2 D.H2O

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