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 。
(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
题目分析:(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。