Question

利用天然氣可制得以H₂、CO等為主要組成的工業(yè)原料合成氣，反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
（1）甲烷與水蒸氣反應(yīng)，被氧化的元素是

 

，當(dāng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下35.84L合成氣時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是

 

．
（2）將2mol CH₄和5mol H₂O（g）通入容積為100L的反應(yīng)室，CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖．
①達(dá)到A點所需的時間為5min，則v（H₂）=

 

，100℃時平衡常數(shù)K=

 

．
②圖中的P₁

 

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系是

 

．
（3）合成氣用于合成氨氣時需除去CO，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，下列措施中能使

n(CO2)

n(H2O)

增大的

 

（選填編號）．
A．降低溫度   B．恒溫恒容下充入He（g）   C．將H₂從體系中分離  D．再通入一定量的水蒸氣
可用碳酸鉀溶液吸收生成的CO₂，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中水電離的OH^-的物質(zhì)的量濃度為

 

，常溫下，0.1mol?L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，則溶液中c（H₂CO₃）

 

c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）該反應(yīng)中C元素化合價由-4價變?yōu)?2價、H元素化合價由+1價變?yōu)?價，失電子化合價升高的元素被氧化；當(dāng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下35.84L合成氣時，生成n（CO）=

35.84L

22.4L/mol

×

1

4

=0.4mol，根據(jù)C元素化合價變化確定轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量；
（2）①根據(jù)v=

△n V

△t

計算甲烷的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)、同一時間段內(nèi)個物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算氫氣的反應(yīng)速率；
化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；
②相同其它條件下，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化為減小；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越大；
（3）能使

n(CO2)

n(H2O)

增大，該反應(yīng)應(yīng)該向正反應(yīng)方向移動但不能通過增大水蒸氣的物質(zhì)的量實現(xiàn)；
水電離的OH^-的物質(zhì)的量濃度=

10-14

10-pH

；常溫下，0.1mol?L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，說明碳酸氫根在水解程度大于電離程度．

解答： 解：（1）該反應(yīng)中C元素化合價由-4價變?yōu)?2價、H元素化合價由+1價變?yōu)?價，失電子化合價升高的元素被氧化，所以C元素被氧化；當(dāng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下35.84L合成氣時，生成n（CO）=

35.84L

22.4L/mol

×

1

4

=0.4mol，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.4mol×[2-（-4）]=2.4mol，
故答案為：C（碳）；2.4mol；
（2）①甲烷的反應(yīng)速率=

2mol×0.5 100L

5min

=0.002mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)、同一時間段內(nèi)個物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，則氫氣的反應(yīng)速率=3×0.002mol/（L．min）=0.006mol/（L．min）；
100℃時，c（CH₄）=

2mol×(1-0.5)

100L

=0.01mol/L，c（H₂O）=

5mol-2mol×(1-0.5)

100L

=0.04mol/L，
c（CO）=

2mol×0.5

100L

=0.01mol/L，c（H₂）=3c（CO）=0.03mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

=

0.01×(0.03)3

0.01×0.04

=6.75×10^-4，
故答案為：0.006mol?L^-1?min^-1；6.75×10^-4 mol²?L^-2；
②根據(jù)圖象知，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，所以P₁＜P₂；
升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化為增大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，平衡常數(shù)越大，所以K_C＞K_B＞ K_A，
故答案為：＜；K_C＞K_B＞ K_A；
（3）A．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則

n(CO2)

n(H2O)

增大，故正確；  
B．恒溫恒容下充入He（g），反應(yīng)物和生成物濃度不變，則平衡不一定，則 

n(CO2)

n(H2O)

不變，故錯誤； 
C．將H₂從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，則

n(CO2)

n(H2O)

增大，故正確；  
D．再通入一定量的水蒸氣，平衡向正反應(yīng)方向移動，但水轉(zhuǎn)化的物理量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加入的物理量，所以

n(CO2)

n(H2O)

減小，故錯誤；
故選AC；
可用碳酸鉀溶液吸收生成的CO₂，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中水電離的c（OH^-）=

10-14

10-10

mol/L=1×10^-4 mol?L^-1；常溫下，0.1mol?L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，則溶液中碳酸氫根離子水解程度大于電離程度，所以c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），故答案為：AC； 1×10^-4 mol?L^-1；＞．

點評：本題考查了轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強的關(guān)系、化學(xué)平衡移動的影響因素、鹽類水解等知識點，會根據(jù)圖象中溫度、壓強溫度反應(yīng)熱、平衡移動方向，注意化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，注意（3）中BD選項，如果恒壓條件下充入He，則平衡會發(fā)生移動，但恒容條件下通入He，則平衡不移動，為易錯點．