Question

15．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C（碳），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2.4mol．
（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(qiáng)的關(guān)系如圖．
①達(dá)到A點(diǎn)所需的時間為5min，則v（H₂）=0.006mol•L^-1•min^-1，100℃時平衡常數(shù)K=6.75×10^-4mol²•L^-2．
②圖中的P₁＜P₂（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系是K_C＞K_B＞K_A．
（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$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大的AC（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1×10^-4mol•L^-1，常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液pH＞8，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）該反應(yīng)中C元素化合價(jià)由-4價(jià)變?yōu)?2價(jià)、H元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，失電子化合價(jià)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）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}$=0.4mol，根據(jù)C元素化合價(jià)變化確定轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量；
（2）①根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)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(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$；
②相同其它條件下，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化為減��；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$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$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(shí)現(xiàn)；
水電離的OH^-的物質(zhì)的量濃度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-pH}}$；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(jià)由-4價(jià)變?yōu)?2價(jià)、H元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，失電子化合價(jià)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（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}$=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=$\frac{\frac{2mol×0.5}{100L}}{5min}$=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(jì)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）=$\frac{2mol×（1-0.5）}{100L}$=0.01mol/L，c（H₂O）=$\frac{5mol-2mol×（1-0.5）}{100L}$=0.04mol/L，
c（CO）=$\frac{2mol×0.5}{100L}$=0.01mol/L，c（H₂）=3c（CO）=0.03mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.01×（0.03）3}{0.01×0.04}$=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(qiáng)，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，則能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$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$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$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$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$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，所以能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$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^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$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(diǎn)評 本題考查了轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系、化學(xué)平衡移動的影響因素、鹽類水解等知識點(diǎn)，會根據(jù)圖象中溫度、壓強(qiáng)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(xiàng)，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(diǎn)．