Question

12．利用天然氣可制得以H₂、CO等為主要組成的工業原料合成氣，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
（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
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）合成氣用于合成氨時需除去CO，發生反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，
下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大的有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的碳酸鉀溶液中由水電離出的c（OH^-）為1×10^-4mol•L^-1，
常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO${\;}_{3}^{2-}$）（填“＞”、“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應中失電子化合價升高的元素被氧化；
（2）①A點時甲烷的轉化率為0.5，則參加反應的n（CH₄）=2mol×0.5=1mol，同一可逆反應中同一段時間內參加反應的各物質的物質的量之比等于其計量數之比，所以生成氫氣n（H₂）=3n（CH₄）=1mol×3=3mol，則氫氣平均反應速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
②該反應前后氣體物質的量增大，增大壓強平衡逆向移動，則甲烷轉化率降低，根據相同溫度下甲烷轉化率判斷壓強相對大�。�
根據圖知，一定壓強下，升高溫度，甲烷轉化率增大，平衡正向移動，則正反應是吸熱反應；
（3）該反應的正反應是放熱反應，要使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，可以使二氧化碳物質的量增大或水蒸氣物質的量減小來實現；
 碳酸根離子水解導致碳酸鉀溶液呈堿性，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中由水電離出的c（OH^-）=$\frac{{K}_{w}}{1{0}^{-pH}}$；常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，溶液呈堿性，說明HCO₃^-水解程度大于電離程度．

解答 解：（1）氧化還原反應中失電子化合價升高的元素被氧化，該反應中C元素化合價由-4價變為+2價、H元素化合價由+1價變為0價，所以C元素被氧化，故答案為：C；
（2）①A點時甲烷的轉化率為0.5，則參加反應的n（CH₄）=2mol×0.5=1mol，同一可逆反應中同一段時間內參加反應的各物質的物質的量之比等于其計量數之比，所以生成氫氣n（H₂）=3n（CH₄）=1mol×3=3mol，則氫氣平均反應速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{100L}}{5min}$=0.006 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.006 mol•L^-1•min^-1；
②該反應前后氣體物質的量增大，增大壓強平衡逆向移動，則甲烷轉化率降低，根據圖知，相同溫度下從P1到P2，甲烷轉化率降低，說明平衡逆向移動，應該是增大壓強，所以p₁＜p₂；
根據圖知，一定壓強下，升高溫度，甲烷轉化率增大，平衡正向移動，則正反應是吸熱反應，根據圖知，溫度越高甲烷的轉化率越大，則化學平衡常數越大，所以K_C＞K_B＞K_A，
故答案為：＜；K_C＞K_B＞K_A；
（3）A．降低溫度，平衡正向移動，所以$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，故A正確；
B．恒溫恒容下充入He（g），各物質濃度不變，化學平衡不移動，則$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$不變，故B錯誤；
C．將H₂從體系中分離，平衡正向移動，則$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，故C正確；
D．再通入一定量的水蒸氣，平衡正向移動，但加入的水蒸氣遠遠大于水蒸氣參加反應的增加量，所以
$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$減小，故D錯誤；
故選AC；
 碳酸根離子水解導致碳酸鉀溶液呈堿性，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中由水電離出的c（OH^-）=$\frac{{K}_{w}}{1{0}^{-pH}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$mol/L=1×10^-4 mol•L^-1；常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，溶液呈堿性，說明HCO₃^-水解程度大于電離程度，則則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO${\;}_{3}^{2-}$），故答案為：AC；1×10^-4 mol•L^-1；＞．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡影響因素等知識點，側重考查學生理解分析計算能力，明確圖象含義、外界條件對化學平衡移動影響原理及鹽類水解原理是解本題關鍵，注意（3）D選項為易錯點，很多同學往往平衡正向移動會導致$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大，題目難度中等．