Question

CO₂是生活中常见的化合物之一，随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题，人类对CO₂的性质研究和综合利用日益重视。

Ⅰ．在催化剂作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯(DMC)：CO₂ + 2CH₃OH → CO(OCH₃)₂ + H₂O，但甲醇转化率通常不会超过1%，这是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为：TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。

（1）根据反应温度对TON的影响图（相同时间内测定），判断该反应的焓变△H________0（填“＞”、“＝”或“＜”），理由是____________________________________。

（2）根据反应时间对TON的影响图（上图），已知溶液总体积10mL，反应起始时甲醇0.25mol，催化剂0.6×10^—5 mol，计算该温度下，4～7 h内DMC的平均反应速率：________。

（3）根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图（见上右图），判断下列说法正确的是    。

A．由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO₂ 转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义

B. 在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON

C. 当催化剂用量低于1.2×10^—5 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高

D. 当催化剂用量高于1.2×10^—5 mol时，随着催化剂用量的增加DMC的产率反而急剧下降

Ⅱ.如果人体内的CO₂不能顺利排除体外会造成酸中毒，缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响，人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系(H₂CO₃/HCO₃^-)维持pH稳定。己知正常人体血液在正常体温时，H₂CO₃的一级电离常数Ka₁=10^-6.1，c(HCO₃^-):c(H₂CO₃)≈20:1，lg2=0.3。

(4)由题给数据可算得正常人体血液的pH________(保留一位小数)。

(5)正常人体血液中H₂CO₃、HCO₃^-、OH^- 、H⁺四种微粒浓度由大到小关系为：          。

(6)当少量的酸、碱进入血液中时，血液pH变化不大，其原因是　　　　　　　　　　　   。

Answer

（1）＜； 经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应放热 （2）1×10-3 mol·L-1·h-1

（3）AB (4) 7.4 (5)c(HCO3-)＞c(H2CO3)＞c(OH-)＞c(H+)

(6)当少量酸进入血液中时，HCO3-就与H+发生反应来维持血液的pH稳定，当少量碱进入血液中时，H2CO3就与OH_发生反应来维持血液的pH稳定

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知，经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应放热。

（2）根据图像可知，4～7 h内DMC变化量为30－20＝10，则根据TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量可知，转化的甲醇物质的量是0.6×10—5 mol×10＝6×10—5 mol，其浓度是6×10—5 mol÷0.01L＝6×10—3 mol/L，生成DMC的浓度是3×10—3 mol/L，所以4～7 h内DMC的平均反应速率＝3×10—3 mol/L÷3h＝1×10-3 mol·L-1·h-1。

（3）A、由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO2 转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义，A正确；B、在反应体系中添加合适的脱水剂，可以降低生成物水蒸气的浓度，促使平衡向正反应方向进行，甲醇的转化率增大，因此将提高该反应的TON，B正确；C、根据TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量可知，TON与甲醇转化的量以及催化剂的量均有关系，所以当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率不一定烃提高，C不正确；D、催化剂不能改变平衡状态，因此DMC的产率与催化剂无关系，D不正确，答案选AB。

（4）Ka＝ ，Ka=10-6.1mol•L-1，正常血液中c（HCO3-）：c（H2CO3）≈20：1，则c（H+）=10-7.4mol•L-1，则pH＝7.4。

（5）根据（4）中分析可知正常人体血液显碱性，c(OH-)＞c(H+)。已知Ka＝＝10-6.1，血液样品pH为7.4，则c（H+）=10-7.4mol/L，所以 ＝10−6.1÷10−7.4＝101.3，因此血液中H2CO3、HCO3-、OH- 、H+四种微粒浓度由大到小关系为c(HCO3-)＞c(H2CO3)＞c(OH-)＞c(H+)。

（6）血液中存在H2CO3HCO3-+H+平衡，酸性增强时，血液中氢离子浓度增大，电离平衡逆向移动，碱性增强时氢氧根离子浓度增大，平衡正向移动，因此可以维持血液的pH稳定。

考点：考查外界条件对反应速率和平衡状态的影响、可逆反应计算以及溶液中pH计算和离子浓度大小比较