Question

CO₂是生活中常見的化合物之一，隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、人口的劇增，全球能源緊張及世界氣候面臨越來越嚴重的問題，人類對CO₂的性質(zhì)研究和綜合利用日益重視．
Ⅰ．在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，但甲醇轉(zhuǎn)化率通常不會超過1%，這是制約該反應走向工業(yè)化的主要原因．
某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究溫度、反應時間、催化劑用量分別對轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）的影響來評價催化劑的催化效果．計算公式為：TON=

轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量

催化劑的物質(zhì)的量

．
（1）根據(jù)反應溫度對TON的影響圖1（相同時間內(nèi)測定），判斷該反應的焓變△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”），理由是

 

．

（2）根據(jù)反應時間對TON的影響圖（圖2），已知溶液總體積10mL，反應起始時甲醇0.25mol，催化劑0.6×10^-5 mol，計算該溫度下，4～7h內(nèi)DMC的平均反應速率：

 

．
（3）根據(jù)該研究小組的實驗及催化劑用量對TON的影響圖（圖3），判斷下列說法正確的是

 

．
A．由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO₂轉(zhuǎn)化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義
B．在反應體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應的TON
C．當催化劑用量低于1.2×10^-5mol時，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率顯著提高
D．當催化劑用量高于1.2×10^-5mol時，隨著催化劑用量的增加DMC的產(chǎn)率反而急劇下降
Ⅱ．如果人體內(nèi)的CO₂不能順利排除體外會造成酸中毒，緩沖溶液可以抵御外來少量酸或堿對溶液pH的影響，人體血液里主要通過碳酸氫鹽緩沖體系（

H2CO3

HCO3-

）維持pH穩(wěn)定．己知正常人體血液在正常體溫時，H₂CO₃的一級電離常數(shù)Ka₁=10^-6.1，c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1，lg2=0.3．
（4）由題給數(shù)據(jù)可算得正常人體血液的pH

 

（保留一位小數(shù)）．
（5）正常人體血液中H₂CO₃、HCO₃^-、OH^-、H⁺四種微粒濃度由大到小關系為：

 

．
（6）當少量的酸、堿進入血液中時，血液pH變化不大，其原因是

 

．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,化學反應速率的影響因素,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡,鹽類水解的應用,離子濃度大小的比較

專題：化學平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）分析溫度對反應影響分析，隨溫度升高，TON先增大后減小，說明低溫時反應正向進行，180°C達到最大，說明費用達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫TON減小，說明平衡逆向進行，依據(jù)平衡移動原理分析正反應是放熱反應；
（2）依據(jù)圖象分析，4～7h內(nèi)TON為10，依據(jù)TON=

轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量

催化劑的物質(zhì)的量

，計算轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量，結合反應速率還能計算得到甲醇反應速率，反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比得到DMC的平均反應速率；
（3）在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，依據(jù)化學平衡原理和影響因素分析判斷平衡移動方向，結合TON=

轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量

催化劑的物質(zhì)的量

計算分析判斷選項；
（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，碳酸氫根離子濃度大于碳酸濃度，溶液呈堿性；
（6）根據(jù)血液中存在的電離平衡分析，HCO₃^-、CO₃^2-均水解顯堿性．

解答： （1）隨溫度升高，TON先增大后減小，說明低溫時反應正向進行，180°C達到最大，說明費用達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫TON減小，說明平衡逆向進行，逆反應是吸熱反應，依據(jù)平衡移動原理分析正反應是放熱反應，△H＜0，
故答案為：＜；經(jīng)過相同的反應時間，溫度較低時，反應未達到平衡；溫度較高時，反應已達到平衡，隨著溫度升高，TON減小，即平衡向左移動，說明該反應放熱；
（2）圖象分析，4～7h內(nèi)TON為10，依據(jù)TON=

轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量

催化劑的物質(zhì)的量

，計算轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量=10×0.6×10^-5 mol=6×10^-5mol，反應甲醇的反應速率=

6×10-5mol 0.010L

(7-4)h

=2×10^-3mol/L?h，V（DMC）=

1

2

V（CH₃OH）=1×10^-3mol/L?h，
故答案為：1×10^-3 mol?L^-1?h^-1；
（3）在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，
A．依據(jù)反應化學方程式可知，甲醇和二氧化碳反應生成DMC和水，由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO₂轉(zhuǎn)化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義，故A正確；
B．在反應體系中添加合適的脫水劑，減少生成物濃度，平衡正向進行，將提高該反應的TON，故B正確；
C．當催化劑用量低于1.2×10^-5mol時，轉(zhuǎn)化數(shù)增大，依據(jù)TON=

轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量

催化劑的物質(zhì)的量

分析，催化劑改變反應速率縮短反應時間，不改變轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；
D．當催化劑用量高于1.2×10^-5mol時，隨著催化劑用量的增加，依據(jù)TON=

轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量

催化劑的物質(zhì)的量

分析，轉(zhuǎn)化數(shù)減小，DMC的產(chǎn)率不變，故D錯誤；
故答案為：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，則c（H⁺）=10^-7.4mol?L^-1，則pH=7.4，
故答案為：7.4；                           
（5）正常血液中c（HCO₃^-）：c（H₂CO₃）≈20：1，碳酸氫根離子濃度大于碳酸濃度，溶液呈堿性，溶液中離子濃度大小為：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（6）血液是緩沖溶液，緩沖溶液可以抵御外來少量酸或堿對溶液pH的影響，當少量酸進入血液中時，HCO₃^-就與H⁺發(fā)生反應來維持血液的pH穩(wěn)定，當少量堿進入血液中時，H₂CO₃就與OH^-發(fā)生反應來維持血液的pH穩(wěn)定；
故答案為：當少量酸進入血液中時，HCO₃^-就與H⁺發(fā)生反應來維持血液的pH穩(wěn)定，當少量堿進入血液中時，H₂CO₃就與OH^-發(fā)生反應來維持血液的pH穩(wěn)定．

點評：本題考查圖象分析方法，緩沖溶液及鹽類水解，平衡影響因素，離子濃度大小比較，明確習題中的信息及有關Ka的計算是解答本題的關鍵，題目難度中等．