Question

利用天然气可制得以H₂、CO等为主要组成的工业原料合成气，反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)。

（1）甲烷与水蒸气反应，被氧化的元素是__________，当生成标准状况下35.84L合成气时转移电子的物质的量是__________。

（2）将2mol CH₄和5mol H₂O(g)通入容积为100L的反应室，CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图．

①达到A点所需的时间为5min，则v(H₂)=__________，100℃时平衡常数K= __________。

②图中的P₁ __________ P₂(填“＜”、“＞”或“=”)，A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系是__________。

（3）合成气用于合成氨气时需除去CO，发生反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)△H＜0，下列措施中能使增大的__________(选填编号)。

A．降低温度               B．恒温恒容下充入He(g)

C．将H₂从体系中分离      D．再通入一定量的水蒸气

可用碳酸钾溶液吸收生成的CO₂，常温下pH=10的碳酸钾溶液中水电离的OH^-的物质的量浓度为__________，常温下，0.1mol•L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，则溶液中c(H₂CO₃)__________c(CO₃^2-)(填“＞”、“=”或“＜”)。

Answer

（1）C(碳)；2.4mol；（2）①0.006mol•L-1•min-1；6.75×10-4 mol2•L-2；②＜；KC＞KB＞ KA；

（3）AC；1×10-4 mol•L-1；＞；

【解析】

试题分析：（1）该反应中C元素化合价由-4价变为+2价、H元素化合价由+1价变为0价，失电子化合价升高的元素被氧化，所以C元素被氧化；当生成标准状况下35.84L合成气时，生成n（CO）=×=0.4mol，则转移电子的物质的量=0.4mol×[2-（-4）]=2.4mol，故答案为：C（碳）；2.4mol；

（2）①甲烷的反应速率==0.002mol/（L．min），同一可逆反应、同一时间段内个物质的反应速率之比等于其计量数之比，则氢气的反应速率=3×0.002mol/（L．min）=0.006mol/（L．min）；

100℃时，c（CH4）==0.01mol/L，c（H2O）==0.04mol/L，c（CO）==0.01mol/L，c（H2）=3c（CO）=0.03mol/L，化学平衡常数K===6.75×10-4，故答案为：0.006mol•L-1•min-1；6.75×10-4 mol2•L-2；

②根据图象知，增大压强，平衡向逆反应方向移动，则甲烷的转化率降低，所以P1＜P2；升高温度，甲烷的转化为增大，说明正反应是吸热反应，温度越高，平衡常数越大，所以KC＞KB＞ KA，故答案为：＜；KC＞KB＞ KA；

（3）A、降低温度，平衡向正反应方向移动，则增大，故正确； B、恒温恒容下充入He（g），反应物和生成物浓度不变，则平衡不一定，则 不变，故错误； C、将H2从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则增大，故正确； D、再通入一定量的水蒸气，平衡向正反应方向移动，但水转化的物理量远远小于加入的物理量，所以减小，故错误；故选AC；

可用碳酸钾溶液吸收生成的CO2，常温下pH=10的碳酸钾溶液中水电离的c（OH-）=mol/L=1×10-4 mol•L-1；常温下，0.1mol•L-1 KHCO3溶液pH＞8，则溶液中碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，所以c（H2CO3）＞c（CO32-），故答案为：AC； 1×10-4 mol•L-1；＞。

【考点定位】考查转化率随温度、压强的变化曲线、化学平衡的影响因素、化学平衡的计算

【名师点晴】本题考查了转化率与温度和压强的关系、化学平衡移动的影响因素、盐类水解等知识点，会根据图象中温度、压强温度反应热、平衡移动方向，注意化学平衡常数只与温度有关，注意（3）中BD选项，如果恒压条件下充入He，则平衡会发生移动，但恒容条件下通入He，则平衡不移动，为易错点。