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，反應為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
（1）甲烷與水蒸氣反應，被氧化的元素是C（碳），當生成標準狀況下35.84L合成氣時轉移電子的物質的量是2.4mol．
（2）將2mol CH₄和5mol H₂O（g）通入容積為100L的反應室，CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖．
①達到A點所需的時間為5min，則v（H₂）=0.006mol•L^-1•min^-1，100℃時平衡常數K=6.75×10^-4mol²•L^-2．
②圖中的P₁＜P₂（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三點的平衡常數K_A、K_B、K_C的大小關系是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；當生成標準狀況下35.84L合成氣時，生成n（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}$=0.4mol，根據C元素化合價變化確定轉移電子的物質的量；
（2）①根據v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算甲烷的反應速率，再根據同一可逆反應、同一時間段內個物質的反應速率之比等于其計量數之比計算氫氣的反應速率；
化學平衡常數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，平衡向逆反應方向移動，甲烷的轉化為減�。换瘜W平衡常數只與溫度有關，升高溫度，甲烷的轉化率增大，則正反應是吸熱反應，溫度越高，化學平衡常數越大；
（3）能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，該反應應該向正反應方向移動但不能通過增大水蒸氣的物質的量實現；
水電離的OH^-的物質的量濃度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-pH}}$；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；當生成標準狀況下35.84L合成氣時，生成（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}$=0.4mol，則轉移電子的物質的量=0.4mol×[2-（-4）]=2.4mol，
故答案為：C（碳）；2.4mol；
（2）①甲烷的反應速率=$\frac{\frac{2mol×0.5}{100L}}{5min}$=0.002mol/（L．min），同一可逆反應、同一時間段內個物質的反應速率之比等于其計量數之比，則氫氣的反應速率=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，化學平衡常數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根據圖象知，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，則甲烷的轉化率降低，所以P₁＜P₂；
升高溫度，甲烷的轉化為增大，說明正反應是吸熱反應，溫度越高，平衡常數越大，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，平衡向正反應方向移動，但水轉化的物理量遠遠小于加入的物理量，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；＞．

點評 本題考查了轉化率與溫度和壓強的關系、化學平衡移動的影響因素、鹽類水解等知識點，會根據圖象中溫度、壓強溫度反應熱、平衡移動方向，注意化學平衡常數只與溫度有關，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．