Question

碳和碳的化合物在生產(chǎn)生活實(shí)際中應(yīng)用廣泛．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳的氧化物的性質(zhì)具有重要意義．
（1）常溫下，碳酸在水中的電離常數(shù)K_a1=4.2×10^-7，K_a2=5.6×10^-11；次氯酸在水中的電離常數(shù)K_a=4.7×10^-8．寫出向“84消毒液”（主要成分為氯化鈉和次氯酸鈉）中通入二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

；
（2）圖1為常用筆記本電腦所用的甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖．電池總反應(yīng)為2CH₃OH+3O₂  

放電  .

充電

  2CO₂+4H₂O．該裝置放電時(shí)

 

（填“a”或“b”）為電池的負(fù)極，其電極反應(yīng)式為

 

；
（3）CO具有還原性，某化學(xué)研究小組為證明CO具有還原性，設(shè)計(jì)了如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置．
已知：C+H₂O

△   .

CO+H₂   CO+H₂O

△   .

CO₂+H₂   C+CO₂

高溫  .

2CO

試回答下列問題：
①裝置B中最適宜的試劑是

 

，必須用裝置C吸收氣體中的水蒸氣的理由是

 

；
②根據(jù)該實(shí)驗(yàn)中的

 

現(xiàn)象，可證明CO具有還原性；
③若要根據(jù)裝置F中石灰水變渾濁的現(xiàn)象準(zhǔn)確確認(rèn)CO具有還原性，則應(yīng)在上圖裝置

 

與

 

之間（填字母標(biāo)號(hào)）連接圖3中的

 

裝置（選填序號(hào)）．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),化學(xué)電源新型電池

專題：

分析：（1）依據(jù)電離平衡常數(shù)比較碳酸酸性大于次氯酸，第一步電離大于次氯酸，第二步電離小于次氯酸的電離，結(jié)合84消毒液成分為次氯酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成的次氯酸見光分解分析；
（2）依據(jù)圖中電子流向分析，原電池中電子是從負(fù)極流向正極；負(fù)極是甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)的產(chǎn)物和環(huán)境寫出電極反應(yīng)式；
（3）①裝置A是制備二氧化碳?xì)怏w的實(shí)驗(yàn)裝置，生成的二氧化碳含有氯化氫和水蒸氣，通入D裝置中前需要把二氧化碳和水蒸氣除去，B中用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳；濃硫酸除去水蒸氣；
②證明一氧化碳具有還原性的裝置是E裝置中氧化銅和一氧化碳反應(yīng)的現(xiàn)象分析判斷；
③若要根據(jù)裝置P中石灰水變渾濁的現(xiàn)象準(zhǔn)確確認(rèn)CO具有還原性，則通入E裝置中的氣體中不能含有二氧化碳；

解答： 解：（1）依據(jù)電離平衡常數(shù)比較碳酸酸性大于次氯酸，第一步電離大于次氯酸，第二步電離小于次氯酸的電離，結(jié)合84消毒液成分為次氯酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成的次氯酸見光分解分析可知；次氯酸鈉和二氧化碳、水反應(yīng)生成次氯酸和碳酸氫鈉，次氯酸見光分解生成鹽酸和氧氣，反應(yīng)的離子方程式為：ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-；
故答案為：ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-；
（2）原電池中電子是從負(fù)極流向正極；電子流出的一端a是負(fù)極，負(fù)極是甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電池反應(yīng)和酸性環(huán)境，CH₃OH+H₂O→CO₂↑+6H⁺+6e^-，
故答案為：a；CH₃OH+H₂O→CO₂↑+6H⁺+6e^-；
（3）裝置A是CO₂氣體的發(fā)生裝置，使用的白色固體應(yīng)是CaCO₃（通常不用Na₂CO₃固體，一方面是因?yàn)樘妓徕c易溶于水，另一方面是因?yàn)樘妓徕c與鹽酸反應(yīng)過于劇烈，不便于產(chǎn)生平穩(wěn)的CO₂氣流），與稀鹽酸反應(yīng)生成CO₂氣體．因?yàn)辂}酸具有揮發(fā)性，所以在制得的CO₂氣體中會(huì)混有一定量的HCl氣體，要除去雜質(zhì)HCl氣體，B瓶中應(yīng)盛飽和NaHCO₃溶液（特別指出，B瓶中不能盛飽和Na₂CO₃溶液，因?yàn)闀?huì)發(fā)生反應(yīng)Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃）．C瓶中的濃硫酸是用來(lái)除去混在CO₂氣體中的水蒸氣的，如果水蒸氣不除去，就會(huì)與D管中的單質(zhì)碳發(fā)生反應(yīng)（俗稱水煤氣反應(yīng)，其化學(xué)方程式為C+H₂O

△   .

CO+H₂，CO+H₂O

△   .

CO₂+H₂），反應(yīng)生成的H₂也能還原CuO，H₂的存在對(duì)驗(yàn)證CO具有還原性的實(shí)驗(yàn)有嚴(yán)重的干擾．如果要想根據(jù)裝置F中澄清石灰水變渾濁的現(xiàn)象來(lái)確認(rèn)CO具有還原性，就必須除去D管中導(dǎo)出的CO氣體中混有的CO₂（來(lái)自裝置A的未參加反應(yīng)的CO₂），應(yīng)該在D和E之間增加一個(gè)裝置，這個(gè)裝置內(nèi)所盛的試劑既要能吸收CO₂（濃硫酸不能吸收CO₂，可排除③），又不能帶入水蒸氣（因?yàn)槔涞臐駶?rùn)的氣體導(dǎo)入后面E中紅熱的玻璃管中，可能會(huì)導(dǎo)致玻璃管炸裂），氫氧化鈉溶液雖能完全吸收CO2，但這樣的CO就會(huì)帶有水分，二者同時(shí)進(jìn)入后面裝置中，加熱時(shí)可能會(huì)引起試管炸裂，所以用固體的堿石灰．據(jù)此可以排除①和②，選④；
①裝置A是制備二氧化碳?xì)怏w的實(shí)驗(yàn)裝置，生成的二氧化碳含有氯化氫和水蒸氣，通入D裝置中前需要把二氧化碳和水蒸氣除去，B中用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳；C中濃硫酸除去水蒸氣；防止水進(jìn)入D中反應(yīng)生成氫氣干擾一氧化碳的還原性檢驗(yàn)，故答案為：飽和碳酸氫鈉溶液；防止水蒸氣與炭反應(yīng)生成的氫氣對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生干擾；
②證明一氧化碳具有還原性，通入裝置E氧化銅中反應(yīng)生成紅色銅，證明一氧化碳還原氧化銅，不表現(xiàn)還原性，故答案為：E裝置中黑色CuO變紅色；
③若要根據(jù)裝置P中石灰水變渾濁的現(xiàn)象準(zhǔn)確確認(rèn)CO具有還原性，必須通入E裝置中的氣體不能含有二氧化碳，所以在DE之間需要加上盛堿石灰的U形管，把二氧化碳?xì)怏w除去；
故答案為：DE，④．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，裝置的分析判斷，試劑的作用和選擇依據(jù)，過程中的氣體作用，注意干擾氣體的處理方法，題目難度較大．