Question

歐盟定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應對冰川融化和全球變暖，使得對如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用碳資源的研究顯得更加緊迫．請運用化學反應原理的相關知識研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）焦炭可用于制取水煤氣．測得12g 碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了131.6kJ熱量．該反應的熱化學方程式：

 

．
（2）活性炭可處理大氣污染物NO．在2L密閉容器中加入NO和活性炭（無雜質(zhì)），生成氣體E和F．當溫度分別在T₁和T₂時，測得各物質(zhì)平衡時物質(zhì)的量如下表：

物質(zhì) T/℃n/mol	活性炭	NO	E	F
初始	2.030	0.100	0	0
T1	2.000	0.040	0.030	0.030
T2	2.005	0.050	0.025	0.025

①寫出NO與活性炭反應的化學方程式

 

．
②上述反應T₁℃時的平衡常數(shù)為 K₁，T₂℃時的平衡常數(shù)為 K₂．
Ⅰ．K₁=

 

．（列式并計算）
Ⅱ．根據(jù)上述信息判斷，溫度T₁和T₂的關系是（填序號）

 

．
a．T₁＞T₂            b．T₁＜T₂        c．無法比較
（3）CO₂經(jīng)常用氫氧化鈉溶液來吸收，現(xiàn)有0.4mol CO₂，若用200mL 3mol/L NaOH溶液將其完全吸收，溶液中離子濃度由大到小的順序為：

 

．
（4）CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有很高的發(fā)電效率，因而受到重視，該電池用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO₂的混合氣為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，其陽極反應式：2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，則陰極反應式為：

 

．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=3.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡的影響因素,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）12g碳的物質(zhì)的量為1mol，與水蒸氣完全反應生成CO、H₂，吸收131.6kJ熱量，據(jù)此結(jié)合熱化學方程式書寫原則進行書寫；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
②Ⅰ、計算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；
Ⅱ、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，不能判斷溫度變化；
（3）據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸鈉來計算回答，根據(jù)溶液中離子濃度大小比較的方法結(jié)合電離和水解平衡來分析；
（4）通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極也稱之為陰極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）12g碳的物質(zhì)的量為1mol，與水蒸氣完全反應生成CO、H₂，吸收131.6kJ熱量，該反應的熱化學方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應為可逆反應，故反應方程式為C+2NO?N₂+CO₂，
故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；
②Ⅰ、平衡時c（NO）=0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=0.015mol/L，故T₁℃時該反應的平衡常數(shù)為K₁=

0.015×0.015

0.022

=

9

16

，
故答案為：

9

16

；
Ⅱ、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，無法判斷溫度變化，故答案為：c；
（3）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸鈉，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物質(zhì)的量之比是2：3，所的溶液是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，在混合物中，碳酸根離子水解程度大與碳酸氫根離子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（4）正極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×1.9×10^-4mol/L=9.5×10^-5mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

3.8×10-9

9.5×10-5

mol/L=4×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×4×10^-5mol/L=8×10^-5mol/L．
故答案為：8×10^-5mol/．

點評：本題考查平衡常數(shù)、化學平衡的有關計算、平衡的移動、熱化學方程式的書寫、氧化還原方程式的書寫、離子濃度大小比較以及沉淀溶解平衡的計算等方面的知識，綜合性強，難度大．