Question

2．空氣中CO₂含量偏高會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，也會對人體健康造成影響；CO₂的用途廣泛，合理使用則可緩解由CO₂累積所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO₂的良性循環(huán)．
（1）一定條件下CO₂可制得Na₂CO₃、NaHCO₃等．
①等物質(zhì)的量濃度的Na₂CO₃、NaHCO₃溶液，堿性前者＞后者（填“＞”“＜”或“=”）．
②有下列五種物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L的電解質(zhì)溶液，將其稀釋相同倍數(shù)時，pH變化最大的是E（填字母編號）．
A．Na₂CO₃B．NaHCO₃ C．NaAlO₂ D．CH₃COONa    E．NaOH
（2）已知反應(yīng)Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H=a kJ/mol，測得在不同溫度下，
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下：

溫度（℃）	300	500	700
K	3.00	3.47	4.40

上述反應(yīng)中a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）；在2L密閉容器中300℃下進(jìn)行反應(yīng)，若Fe和CO₂的起始量均為4mol，當(dāng)達(dá)到平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為75%．
（3）目前工業(yè)上可以用CO₂和H₂在230℃、催化劑條件下反應(yīng)生成甲醇蒸汽和水蒸氣．圖1為恒壓容器中0.5mol CO₂和1.5mol H₂反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時的能量變化示意圖．則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ/mol．
（4）人工光合作用能夠借助太陽能，用CO₂和H₂O制備化學(xué)原料．圖2是制備HCOOH的示意圖，根據(jù)要求回答問題：
①催化劑b表面的電極反應(yīng)式為CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．
②經(jīng)測定，若每分鐘通過質(zhì)子交換膜的H⁺的物質(zhì)的量為40mol，則每小時可產(chǎn)生O₂19.2Kg．

Answer 1

分析 （1）①碳酸根的水解程度大于碳酸氫根的水解程度；
②鹽類水解呈酸堿性時，溶液稀釋時，水解程度增大，稀釋相同倍數(shù)，pH變化比強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的pH變化小；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，平衡常數(shù)增大，說明平衡向正反應(yīng)反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動；
設(shè)平衡時參加反應(yīng)二氧化碳為nmol，用三段式表示出平衡時二氧化碳、CO的物質(zhì)的量，由于反應(yīng)氣體氣體的化學(xué)計量相等，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$計算，進(jìn)而計算二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時放熱23kJ-3.4kJ=19.6KJ，然后按比例計算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H，進(jìn)而書寫該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（4）①由圖可知，電子由a流出，通過導(dǎo)線流向b，故a為負(fù)極、b為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化碳獲得電子，氫離子參與反應(yīng)得到HCOOH；
②負(fù)極上是水失去電子得到氧氣與氫離子，電極反應(yīng)式為：2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，產(chǎn)生的氫離子通過質(zhì)子交換膜移向b端，根據(jù)電極反應(yīng)式計算生成氧氣物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算氧氣質(zhì)量．

解答 解：（1）①碳酸根的水解程度大于碳酸氫根的水解程度，故等物質(zhì)的量濃度的Na₂CO₃、NaHCO₃溶液，Na₂CO₃溶液堿性較強(qiáng)，故答案為：＞；
②NaOH為強(qiáng)堿，而Na₂CO₃、NaHCO₃ 、NaAlO₂ 、CH₃COONa 溶液中酸根離子水解，導(dǎo)致溶液呈堿性，溶液稀釋時，水解程度增大，稀釋相同倍數(shù)，它們的pH變化比NaOH的pH變化小，
故選：E；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，平衡常數(shù)增大，說明平衡向正反應(yīng)反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，即正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0，故a＞0；
設(shè)平衡時參加反應(yīng)二氧化碳為nmol，則：
          Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）
開始（mol）：4                 0
轉(zhuǎn)化（mol）：n                 n
平衡（mol）：4-n               n
由于反應(yīng)氣體氣體的化學(xué)計量相等，用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故K=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$=$\frac{n}{4-n}$=3，解得n=3，故二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3mol}{4mol}$×100%=75%，
故答案為：＞；75%；
（3）根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時放熱23kJ-3.4kJ=19.6KJ，則CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H=-（19.6kJ×$\frac{1mol}{0.5mol×80%}$）=-49kJ/mol，故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ/mol；
（4）①由圖可知，電子由a流出，通過導(dǎo)線流向b，故a為負(fù)極、b為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化碳獲得電子，氫離子參與反應(yīng)得到HCOOH，電極反應(yīng)式為：CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH，
故答案為：CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH；
②負(fù)極上是水失去電子得到氧氣與氫離子，電極反應(yīng)式為：2H₂O+4e^-=O₂↑+4H⁺，每分鐘通過質(zhì)子交換膜的H⁺的物質(zhì)的量為40mol，則每小時生成氧氣為40mol×60×$\frac{1}{4}$=600mol，故生成氧氣的質(zhì)量為600mol×32g/mol=19200g=19.2Kg，
故答案為：19.2．

點(diǎn)評 題目綜合性較強(qiáng)，涉及鹽類水解、平衡常數(shù)影響因素及有關(guān)計算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池原理及計算等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，難度中等．