(2012?信陽二模)如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2引起了全世界的普遍重視.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)家加強了對CO2創(chuàng)新利用的研究.
(1)目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇.為探究該反應(yīng)原理,進(jìn)行如下實驗:某溫度下,在容積為2L的密閉容器中,充入1mol CO2和3.25mol H2在一定條件下發(fā)生反應(yīng),測得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量(n)隨時間變化如右圖所示:
①從反應(yīng)開始到平衡,氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=
0.1125mol/(L?min)
0.1125mol/(L?min)

②下列措施中一定不能使CO2的轉(zhuǎn)化率增大的是
ACD
ACD

A.在原容器中再充入1mol CO2        B.在原容器中再充入1mol H2
C.在原容器中充入1mol氦氣         D.使用更有效的催化劑
E.縮小容器的容積                  F.將水蒸氣從體系中分離
(2)常溫常壓下,飽和CO2水溶液的pH=5.6,c(H2CO3)=1.5×10-5mol/L.若忽略水的電離及H2CO3的第二級電離,則H2CO3?HCO3-+H+的電離平衡常數(shù)K=
4.2×10-7
4.2×10-7
.(已知:10-5.6=2.5×10-6).
(3)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,將4.48L CO2通入200mL 1.5mol/L的NaOH溶液,所得溶液中離子濃度由大到小的順序為
c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+
c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+

(4)如圖是甲醇燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)的結(jié)構(gòu)示意圖,則a處通入的是
甲醇
甲醇
(填“甲醇”或“氧氣”),其電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O

(5)已知,常溫下Ksp(AgCl)=2.0×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13.向AgNO3溶液中加入KBr和KCl,當(dāng)兩種沉淀共存時,溶液中c(Br-)和c(Cl-)的比值為
2.7×10-3
2.7×10-3
分析:(1)①反應(yīng)的方程式為CO2+3H2═CH3OH+H2O,根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算氫氣的反應(yīng)速率;
②使CO2的轉(zhuǎn)化率增大須使平衡向正反應(yīng)方向移動,可采取的措施有增大壓強、分離生成物或增加另一種反應(yīng)物等措施;
(2)根據(jù)平衡常數(shù)K=
c(HC
O
-
3
)×c(H+)
c(H2CO3)
計算;
(3)4.48LCO2通入200mL1.5mol/L的NaOH溶液反應(yīng)后生成0.01molNa2CO3和0.01molNaHCO3,CO32-水解大于HCO3-離子的水解,溶液呈堿性,以此判斷離子濃度大。
(4)在堿性電解質(zhì)溶液中通入甲醇,甲醇被氧化為CO32-離子,甲醇應(yīng)為原電池的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
(5)當(dāng)兩種沉淀共存時,Ag+離子濃度相同,根據(jù)溶度積常數(shù)計算兩種離子的濃度比值.
解答:解:(1)①反應(yīng)的方程式為CO2+3H2═CH3OH+H2O,反應(yīng)中v(H2)=3v(CO2)=
0.75mol
2L
10min
×3
=0.1125mol/(L?min),故答案為:0.1125mol/(L?min);
②使CO2的轉(zhuǎn)化率增大須使平衡向正反應(yīng)方向移動,可采取的措施有增大壓強、分離生成物或增加另一種反應(yīng)物等措施,在原容器中再充入1molCO2,雖然平衡向正反應(yīng)移動,
但轉(zhuǎn)化的量比較少,反而導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低,在原容器中充入1mol氦氣和使用催化劑,平衡不移動,故答案為:ACD;
(2)K=
c(HC
O
-
3
)×c(H+)
c(H2CO3)
=
10-5.6×10-5.6
1.5×10-5
=4.2×10-7,故答案為:4.2×10-7;
(3)4.48LCO2通入200mL1.5mol/L的NaOH溶液反應(yīng)后生成0.01molNa2CO3和0.01molNaHCO3,CO32-水解大于HCO3-離子的水解,則c(HCO3-)>c(CO32-),溶液呈堿性,則
c(OH-)>c(H+),兩種鹽水解程度較小,則c(CO32-)>c(OH-),故為c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案為:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);
(4)在堿性電解質(zhì)溶液中通入甲醇,甲醇應(yīng)為原電池的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),甲醇被氧化為CO32-離子,負(fù)極反應(yīng)為CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O,
故答案為:甲醇;CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
(5)當(dāng)兩種沉淀共存時,Ag+離子濃度相同,根據(jù)溶度積常數(shù)計算,c(Br-)=
Ksp(AgBr)
c(Ag+)
,c(Cl-)=
Ksp(AgCl)
c(Ag+)
,則
c(Br-)
c(Cl-)
=
Ksp(AgBr)
Ksp(AgCl)
=
5.4×10-13
2.0×10-10
=2.7×10-3
故答案為:2.7×10-3
點評:本題考查較為綜合,涉及反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、鹽類的水解、原電池以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡的等知識,題目難度較大,本題易錯點為平衡移動和離子濃度大小的比較兩個問題,做題時注意把握做題的方法.
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