Question

【题目】为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。最近有科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇。“绿色自由”构想技术流程如下：

（1）在合成塔中，若有4.4kg CO2与足量H2恰好完全反应，可放出4947 kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式是______________________________________。

（2）以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2，负极通入甲醇，在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是：

CH3OH + H2O － 6e－=== CO2 + 6H+

则正极发生的反应是__________；放电时，H＋移向电池的______（填“正”或“负”）极。

（3）常温常压下，饱和CO2水溶液的pH=5.6，c(H2CO3)=1.5×10－5mol·L－1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－＋H+ 的平衡常数K=_____________。（已知：10－5.6=2.5×10－6）

（4）常温下，0.1 mol·L－1NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c(H2CO3)________c(CO32－) (填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是________________________（用离子方程式和必要的文字说明）。

（5）小李同学拟用沉淀法测定空气中CO2的体积分数，他查得CaCO3、BaCO3的溶度积（Ksp）分别为4.96×10－9、2.58×10－9。小李应该选用的试剂是___________________。

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 ＞ 因为既存在 HCO3－CO32－＋H+ 也存在HCO3－＋H2OH2CO3＋OH－、而HCO3－的水解程度大于电离程度 Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）

【解析】

（1）合成塔中发生反应为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水，根据4.4 kg CO2与足量H2恰好完全反应，可放出4 947 kJ的热量，则1 mol CO2与氢气合成甲醇放出热量49.47 kJ的热量，据此写出反应的热化学方程式；

（2）氧气在正极上被还原，在酸性条件下生成水，由此写出电池正极电极反应式；电池的正极上有聚集的电子，放电时，电解质溶液的阳离子向电池的正极移动；

（3）电离平衡常数指弱电解质在一定条件下电离达到平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度系数次幂的乘积，跟溶液中未电离分子的浓度系数次幂的乘积的比值，则H2CO3HCO3-+H+的平衡常数K= ；

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

（5）根据CaCO3、BaCO3的溶度积大小可知BaCO3更难溶，因此令CO2生成BaCO3反应更完全。

（1）根据4.4 kg CO2与足量H2恰好完全反应，可放出4 947 kJ的热量，则1 mol CO2与氢气合成甲醇放出热量49.47 kJ的热量，所以热化学方程式为CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.47kJ/mol；

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

（2）氧气在正极上被还原，在酸性条件下生成水，电池正极电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，电池的正极上有聚集的电子，放电时，电解质溶液的阳离子向电池的正极移动，即H+移向电池的正极；

故答案为：O2+4H++4e-=2H2O；正；

（3）饱和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，则H2CO3HCO3-+H+的平衡常数，K= ==4.2×10-7molL-1；

故答案为：4.2×10-7molL-1；

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

故答案为：＞；溶液存在平衡 HCO3-CO32-+H+、HCO3-+H2OH2CO3+OH-，而HCO3-的水解程度大于电离程度；

（5）根据CaCO3、BaCO3的溶度积大小可知BaCO3更难溶，因此令CO2生成BaCO3反应更完全，故可选择Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）作为CO2的沉淀剂；

故答案为：Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）。