Question

16．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．
（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131.6
kJ熱量．該反應的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6kJ•mol^-1 ．
（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），生成氣體E和F．當溫度分別在T₁和T₂時，測得各物質平衡時物質的量如下表：

	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C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．
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=0.5625．（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）c．
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0.4molCO₂，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：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（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，CO 為負極燃氣，空氣與 CO₂ 的混合氣為正極助燃氣，制得在 650℃下工作的燃料電池，其負極反應式：2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，則正極反應式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其Ksp=2.8×10^-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^-4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為5.6×10^-5mo1/L．

Answer 1

分析 （1）12g碳的物質的量為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）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，則反應的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，1＜n（NaOH）：n （CO₂）＜2，所以溶液中的溶質有碳酸鈉、碳酸氫鈉，設所得產物中含Na₂CO₃為xmol，NaHCO₃為ymol，
則得方程組：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.2}\\{2x+y=0.3}\end{array}\right.$解得：x=0.1，y=0.1，
溶液中的溶質為等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，碳酸根水解程度大于碳酸氫根離子；
（4）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應，得失電子相等時，正負極電極反應式相加即得電池反應式；
（5）根據(jù)溶度積常數(shù)計算氯化鈣濃度．

解答 解：（1）12g碳的物質的量為1mol，與水蒸氣反應生成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（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
故答案為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
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=$\frac{0.015×0.015}{0.0{2}^{2}}$=0.5625，
故答案為：0.5625；
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）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，則反應的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，1＜n（NaOH）：n （CO₂）＜2，所以溶液中的溶質有碳酸鈉、碳酸氫鈉，設所得產物中含Na₂CO₃為xmol，NaHCO₃為ymol，
則得方程組：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.2}\\{2x+y=0.3}\end{array}\right.$；
解得：x=0.1，y=0.1，
在含等物質的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），
水解使溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），顯性離子大于隱性離子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
即離子濃度大小為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）該燃料電池中，負極上電極反應式為2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-，則電池反應式為2CO+O₂=2CO₂，故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；
（5）混合溶液中碳酸根離子濃度為1×10^-4mo1/L，混合溶液中c（Ca ²⁺ ）=$\frac{{K}_{sp}}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×10^-5mo1/L，則原來溶液中c（CaCl₂）=5.6×10^-5mo1/L，故答案為：5.6×10^-5mo1/L．

點評 本題考查較綜合，涉及平衡常數(shù)的有關計算、離子濃度大小比較、原電池原理、熱化學反應、氧化還原反應等知識點，為高頻考點，根據(jù)基本公式、溶液中的溶質及守恒思想、原電池原理等知識點分析解答，注意（5）題兩種溶液混合時，離子濃度降為原來的一半，為易錯點．