Question

【題目】實(shí)現(xiàn)碳及其化合物的相互轉(zhuǎn)化，對(duì)開(kāi)發(fā)新能源和降低碳排放意義重大。

（1）已知：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=x

已知：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol化合物的焓變，稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，幾種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓如下。則x=__kJ·mol－1。(標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓：CH4(g)－75kJ/mol；H2O(g)－240kJ/mol；CO(g)－110kJ/mol；H2(g)－0kJ/mol)

（2）為了探究溫度、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)(1)的影響，在恒溫恒容下，向下列三個(gè)容器中均充入4molCH4和4molH2O。

容器	溫度/℃	體積/L	CH4平衡濃度/mol·L－1	平衡時(shí)間/min
甲	400	1	1.5	5.0
乙	500	1	x	t1
丙	400	2	y	t2

①平衡前，容器甲中反應(yīng)的平均速率(H2)=__mol/(L·min)；在一定條件下，能判斷容器丙中的反應(yīng)一定處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是__(填序號(hào))；

A．3v(CH4)正=v(H2)逆 B．CH4和H2O的轉(zhuǎn)化率相等

C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 D．混合氣體的密度保持不變

②平衡后，乙容器中CH4的轉(zhuǎn)換率較丙低，其原因是__，其中t1__t2(填“>”、 “<”或“=”)。

（3）pC是指極稀溶液中溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。已知常溫下，H2CO3溶液中加入強(qiáng)酸或強(qiáng)堿后達(dá)到平衡時(shí)溶液中三種成分的pC－pH圖，據(jù)圖

常溫下，碳酸的一級(jí)電離常數(shù)Ka1的數(shù)量級(jí)為__；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是__。

（4）我國(guó)科學(xué)家根據(jù)反應(yīng)CO2C+O2↑，結(jié)合電解池原理設(shè)計(jì)出了二氧化碳捕獲與轉(zhuǎn)化裝置。該裝置首先利用電解池中熔融電解質(zhì)ZrO捕獲CO2，發(fā)生的相關(guān)反應(yīng)為：①CO2+O2－=CO32－，②2CO2+O2－=C2O52－，然后CO32－在陰極轉(zhuǎn)化為碳單質(zhì)和__；C2O52－在陽(yáng)極發(fā)生電極反應(yīng)，其方程式為__。

Answer 1

【答案】+205 1.5 AC 根據(jù)勒夏特列原理，容器乙因溫度比丙高，平衡正向移動(dòng)，因壓強(qiáng)比丙大平衡逆向移動(dòng)，但壓強(qiáng)影響為主，乙的轉(zhuǎn)化率比丙低 < 1×10-6 碳酸不帶電，而碳酸氫根帶一個(gè)單位的負(fù)電荷 O2－ 2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑

【解析】

⑴C(s) + 2H2 (g) = CH4 (g) △H=－75kJ/mol；

O2(g) + H2 (g) = H2O(g) △H=－240kJ/mol；

C(s) + O2(g) = CO(g) △H=－110kJ/mol；

根據(jù)第3個(gè)方程減去第2 個(gè)和第1個(gè)方程得到CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H= + 205 kJ·mol－1。

⑵①平衡前，容器甲中反應(yīng)的平均速率甲烷開(kāi)始的濃度為4 mol·L－1，平衡時(shí)的濃度為1.5 mol·L－1，改變的濃度為2.5 mol·L－1，則氫氣的改變濃度為2.5mol·L－1×3=7.5 mol·L－1，則氫氣的速率為；A選項(xiàng)，3v(CH4)正=v(H2)逆，一正一逆符合條件，速率比等于計(jì)量系數(shù)比，因此A符合；B選項(xiàng)，CH4和H2O的轉(zhuǎn)化率相等，不能做為平衡的標(biāo)志；C選項(xiàng)，該反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，則達(dá)到平衡；D選項(xiàng)，密度等于質(zhì)量除以體積，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，密度始終不變，因此混合氣體的密度保持不變，不能作為判斷平衡，因此AC正確。

②平衡后，根據(jù)勒夏特列原理，容器乙因溫度比丙高，平衡正向移動(dòng)，因壓強(qiáng)比丙大平衡逆向移動(dòng)，但壓強(qiáng)影響為主，乙的轉(zhuǎn)化率比丙低，由于乙容器溫度高于丙，因此達(dá)到平衡所需時(shí)間短，即t1<t2。

⑶常溫下，pH等于6時(shí)，碳酸濃度和碳酸氫根濃度相等，此時(shí)碳酸的一級(jí)電離常數(shù)Ka1的數(shù)量級(jí)為該點(diǎn)pH對(duì)應(yīng)的氫離子濃度即1×10-6；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是碳酸不帶電，易失去氫離子，而碳酸氫根帶一個(gè)單位的負(fù)電荷，比較難失去氫離子。

⑷CO32－在陰極得到電子，C化合價(jià)降低得到碳單質(zhì)和O2－；C2O52－在陽(yáng)極O失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和二氧化碳，其方程式為2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑。

⑴C(s) + 2H2 (g) = CH4 (g) △H=－75kJ/mol；

O2(g) + H2 (g) = H2O(g) △H=－240kJ/mol；

C(s) + O2(g) = CO(g) △H=－110kJ/mol；

根據(jù)第3個(gè)方程減去第2 個(gè)和第1個(gè)方程得到CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H= + 205 kJ·mol－1，故答案為：+205。

⑵①平衡前，容器甲中反應(yīng)的平均速率甲烷開(kāi)始的濃度為4 mol·L－1，平衡時(shí)的濃度為1.5 mol·L－1，改變的濃度為2.5 mol·L－1，則氫氣的改變濃度為2.5mol·L－1×3=7.5 mol·L－1，則氫氣的速率為；A選項(xiàng)，3v(CH4)正=v(H2)逆，一正一逆符合條件，速率比等于計(jì)量系數(shù)比，因此A符合；B選項(xiàng)，CH4和H2O的轉(zhuǎn)化率相等，不能做為平衡的標(biāo)志；C選項(xiàng)，該反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，則達(dá)到平衡；D選項(xiàng)，密度等于質(zhì)量除以體積，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，密度始終不變，因此混合氣體的密度保持不變，不能作為判斷平衡，故答案為：1.5；AC。

②平衡后，根據(jù)勒夏特列原理，容器乙因溫度比丙高，平衡正向移動(dòng)，因壓強(qiáng)比丙大平衡逆向移動(dòng)，但壓強(qiáng)影響為主，乙的轉(zhuǎn)化率比丙低，由于乙容器溫度高于丙，因此達(dá)到平衡所需時(shí)間短，即t1<t2，故答案為：根據(jù)勒夏特列原理，容器乙因溫度比丙高，平衡正向移動(dòng)，因壓強(qiáng)比丙大平衡逆向移動(dòng)，但壓強(qiáng)影響為主，乙的轉(zhuǎn)化率比丙低；<。

⑶常溫下，pH等于6時(shí)，碳酸濃度和碳酸氫根濃度相等，此時(shí)碳酸的一級(jí)電離常數(shù)Ka1的數(shù)量級(jí)為該點(diǎn)pH對(duì)應(yīng)的氫離子濃度即1×10-6；其中碳酸的Ka1>>Ka2，其原因是碳酸不帶電，易失去氫離子，而碳酸氫根帶一個(gè)單位的負(fù)電荷，比較難失去氫離子，故答案為：1×10-6；碳酸不帶電，而碳酸氫根帶一個(gè)單位的負(fù)電荷。

⑷CO32－在陰極得到電子，C化合價(jià)降低得到碳單質(zhì)和O2－；C2O52－在陽(yáng)極O失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和二氧化碳，其方程式為2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑，故答案為：O2－；2C2O52－+4e－ = O2↑+4 CO2↑。