Question

CO2是生活中常見的化合物之一，隨著世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的劇增，全球能源緊張及世界氣候面臨越來越嚴(yán)重的問題，人類對(duì)CO2的性質(zhì)研究和綜合利用日益重視。

Ⅰ．在催化劑作用下，可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯(DMC)：CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O，但甲醇轉(zhuǎn)化率通常不會(huì)超過1%，這是制約該反應(yīng)走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量分別對(duì)轉(zhuǎn)化數(shù)(TON)的影響來評(píng)價(jià)催化劑的催化效果。計(jì)算公式為：TON＝轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量。

（1）根據(jù)反應(yīng)溫度對(duì)TON的影響圖（相同時(shí)間內(nèi)測(cè)定），判斷該反應(yīng)的焓變△H________0（填“＞”、“＝”或“＜”），理由是____________________________________。

（2）根據(jù)反應(yīng)時(shí)間對(duì)TON的影響圖（上圖），已知溶液總體積10mL，反應(yīng)起始時(shí)甲醇0.25mol，催化劑0.6×10—5 mol，計(jì)算該溫度下，4～7 h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)速率：________。

（3）根據(jù)該研究小組的實(shí)驗(yàn)及催化劑用量對(duì)TON的影響圖（見上右圖），判斷下列說法正確的是 。

A．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2 轉(zhuǎn)化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)方面都具有重要意義

B. 在反應(yīng)體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應(yīng)的TON

C. 當(dāng)催化劑用量低于1.2×10—5 mol時(shí)，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率顯著提高

D. 當(dāng)催化劑用量高于1.2×10—5 mol時(shí)，隨著催化劑用量的增加DMC的產(chǎn)率反而急劇下降

Ⅱ.如果人體內(nèi)的CO2不能順利排除體外會(huì)造成酸中毒，緩沖溶液可以抵御外來少量酸或堿對(duì)溶液pH的影響，人體血液里主要通過碳酸氫鹽緩沖體系(H2CO3/HCO3-)維持pH穩(wěn)定。己知正常人體血液在正常體溫時(shí)，H2CO3的一級(jí)電離常數(shù)Ka1=10-6.1，c(HCO3-):c(H2CO3)≈20:1，lg2=0.3。

(4)由題給數(shù)據(jù)可算得正常人體血液的pH________(保留一位小數(shù))。

(5)正常人體血液中H2CO3、HCO3-、OH- 、H+四種微粒濃度由大到小關(guān)系為： 。

(6)當(dāng)少量的酸、堿進(jìn)入血液中時(shí)，血液pH變化不大，其原因是　　　　　　　　　　　 。

 

Answer 1

（1）＜； 經(jīng)過相同的反應(yīng)時(shí)間，溫度較低時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡；溫度較高時(shí)，反應(yīng)已達(dá)到平衡，隨著溫度升高，TON減小，即平衡向左移動(dòng)，說明該反應(yīng)放熱 （2）1×10-3 mol·L-1·h-1

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

(6)當(dāng)少量酸進(jìn)入血液中時(shí)，HCO3-就與H+發(fā)生反應(yīng)來維持血液的pH穩(wěn)定，當(dāng)少量堿進(jìn)入血液中時(shí)，H2CO3就與OH_發(fā)生反應(yīng)來維持血液的pH穩(wěn)定

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)圖像可知，經(jīng)過相同的反應(yīng)時(shí)間，溫度較低時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡；溫度較高時(shí)，反應(yīng)已達(dá)到平衡，隨著溫度升高，TON減小，即平衡向左移動(dòng)，說明該反應(yīng)放熱。

（2）根據(jù)圖像可知，4～7 h內(nèi)DMC變化量為30－20＝10，則根據(jù)TON＝轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量可知，轉(zhuǎn)化的甲醇物質(zhì)的量是0.6×10—5 mol×10＝6×10—5 mol，其濃度是6×10—5 mol÷0.01L＝6×10—3 mol/L，生成DMC的濃度是3×10—3 mol/L，所以4～7 h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)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，可以利用甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2 轉(zhuǎn)化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)方面都具有重要意義，A正確；B、在反應(yīng)體系中添加合適的脫水劑，可以降低生成物水蒸氣的濃度，促使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，甲醇的轉(zhuǎn)化率增大，因此將提高該反應(yīng)的TON，B正確；C、根據(jù)TON＝轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量可知，TON與甲醇轉(zhuǎn)化的量以及催化劑的量均有關(guān)系，所以當(dāng)催化劑用量低于1.2×10—5 mol時(shí)，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率不一定烴提高，C不正確；D、催化劑不能改變平衡狀態(tài)，因此DMC的產(chǎn)率與催化劑無關(guān)系，D不正確，答案選AB。

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

（5）根據(jù)（4）中分析可知正常人體血液顯堿性，c(OH-)＞c(H+)。已知Ka＝＝10-6.1，血液樣品pH為7.4，則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+四種微粒濃度由大到小關(guān)系為c(HCO3-)＞c(H2CO3)＞c(OH-)＞c(H+)。

（6）血液中存在H2CO3HCO3-+H+平衡，酸性增強(qiáng)時(shí)，血液中氫離子濃度增大，電離平衡逆向移動(dòng)，堿性增強(qiáng)時(shí)氫氧根離子濃度增大，平衡正向移動(dòng)，因此可以維持血液的pH穩(wěn)定。

考點(diǎn)：考查外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響、可逆反應(yīng)計(jì)算以及溶液中pH計(jì)算和離子濃度大小比較