Question

【題目】為減小和消除CO2對環(huán)境的影響，一方面世界各國都在限制其排放量，另一方面科學(xué)家加強(qiáng)了對CO2創(chuàng)新利用的研究。最近有科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO2從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇�?/span>“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程如下：

（1）在合成塔中，若有4.4kg CO2與足量H2恰好完全反應(yīng)，可放出4947 kJ的熱量，試寫出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是______________________________________。

（2）以甲醇為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O2，負(fù)極通入甲醇，在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：

CH3OH + H2O － 6e－=== CO2 + 6H+

則正極發(fā)生的反應(yīng)是__________；放電時，H＋移向電池的______（填“正”或“負(fù)”）極。

（3）常溫常壓下，飽和CO2水溶液的pH=5.6，c(H2CO3)=1.5×10－5mol·L－1。若忽略水的電離及H2CO3的第二級電離，則H2CO3HCO3－＋H+ 的平衡常數(shù)K=_____________。（已知：10－5.6=2.5×10－6）

（4）常溫下，0.1 mol·L－1NaHCO3溶液的pH大于8，則溶液中c(H2CO3)________c(CO32－) (填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是________________________（用離子方程式和必要的文字說明）。

（5）小李同學(xué)擬用沉淀法測定空氣中CO2的體積分?jǐn)?shù)，他查得CaCO3、BaCO3的溶度積（Ksp）分別為4.96×10－9、2.58×10－9。小李應(yīng)該選用的試劑是___________________。

Answer 1

【答案】CO2（g）+3H2（g）=== CH3OH（g）+H2O（g）ΔH＝－49．47kJ/mol O2+ 4H+ + 4e－＝2 H2O 正 4.2×10－7mol·L－1 ＞ 因?yàn)榧却嬖?/span> HCO3－CO32－＋H+ 也存在HCO3－＋H2OH2CO3＋OH－、而HCO3－的水解程度大于電離程度 Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）

【解析】

（1）合成塔中發(fā)生反應(yīng)為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水，根據(jù)4.4 kg CO2與足量H2恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO2與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，據(jù)此寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

（2）氧氣在正極上被還原，在酸性條件下生成水，由此寫出電池正極電極反應(yīng)式；電池的正極上有聚集的電子，放電時，電解質(zhì)溶液的陽離子向電池的正極移動；

（3）電離平衡常數(shù)指弱電解質(zhì)在一定條件下電離達(dá)到平衡時，溶液中電離所生成的各種離子濃度系數(shù)次冪的乘積，跟溶液中未電離分子的濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，則H2CO3HCO3-+H+的平衡常數(shù)K= ；

（4）溶液中存在平衡 HCO3-CO32-+H+、HCO3-+H2OH2CO3+OH-，而HCO3-的水解程度大于電離程度；

（5）根據(jù)CaCO3、BaCO3的溶度積大小可知BaCO3更難溶，因此令CO2生成BaCO3反應(yīng)更完全。

（1）根據(jù)4.4 kg CO2與足量H2恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO2與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，所以熱化學(xué)方程式為CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.47kJ/mol；

故答案為：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.47kJ/mol；

（2）氧氣在正極上被還原，在酸性條件下生成水，電池正極電極反應(yīng)式為O2+4H++4e-=2H2O，電池的正極上有聚集的電子，放電時，電解質(zhì)溶液的陽離子向電池的正極移動，即H+移向電池的正極；

故答案為：O2+4H++4e-=2H2O；正；

（3）飽和CO2水溶液的pH=5.6，所以c（H+）=10-5.6=2.5×10-6mol/L，c（H2CO3）=1.5×10-5molL-1，則H2CO3HCO3-+H+的平衡常數(shù)，K= ==4.2×10-7molL-1；

故答案為：4.2×10-7molL-1；

（4）溶液中存在平衡 HCO3-CO32-+H+、HCO3-+H2OH2CO3+OH-，而HCO3-的水解程度大于電離程度，所以溶液中c（H2CO3）＞c（CO32-）；

故答案為：＞；溶液存在平衡 HCO3-CO32-+H+、HCO3-+H2OH2CO3+OH-，而HCO3-的水解程度大于電離程度；

（5）根據(jù)CaCO3、BaCO3的溶度積大小可知BaCO3更難溶，因此令CO2生成BaCO3反應(yīng)更完全，故可選擇Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）作為CO2的沉淀劑；

故答案為：Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）。