Question

2014年11月12日在北京发布了《中美气候变化联合声明》，碳捕获和封存技术成为了一个热点环境问题．

（1）燃烧前捕获是其中方法之一，以CH₄燃烧为例，涉及反应如下：
①CH₄（g）+H₂O（g）=C0（g）+3H₂（g）△H=-206.2KJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=+2.8KJ?mol^-1
则CH₄（g）+2H₂O（g）=C0₂（g）+4H₂（g）△H=

 

．
（2）某研究小组在实验室测得海水中CO₃^2- 浓度与模拟空气中CO₂浓度的关系曲线如图1．根据曲线的变化．可归纳出曲线变化的规律：

 

．其它条件相同时，温度越高，海水中CO₃^2-浓度越小，请在图中补充温度为T₂时的曲线（T₁＜T₂）．
（3）250℃时，以Ni合金为催化剂，向1L容器中通入3molCO₂、3molCH₄．发生反应：CO₂（g）+CH₄（g）?2C0（g）+2H₂（g）．反应达到平衡时CO₂的体积分数为10%，求该温度下该反应的平衡常数K（写出计算过程）．
（4）高温电解技术可将释放的C0₂转化为具有工业利用价值的产品．反应方程式为CO₂+H₂0

电解  .

高温

CO+H₂+O₂，其工作原理示意图如图2，电极b上放出的气体X为

 

，电极b连接Y为电源的

 

极（填正、负）．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,用化学平衡常数进行计算,物质的量或浓度随时间的变化曲线,电解原理

专题：

分析：（1）已知①CH₄（g）+H₂O（g）=C0（g）+3H₂（g）△H=-206.2KJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=+2.8KJ?mol^-1
由盖斯定律：①-②得CH₄（g）+2H₂O（g）=C0₂（g）+4H₂（g）据此计算；
（2）海水中存在2HCO₃^-?CO₃^2-+CO₂+H₂O，根据平衡移动分析；其它条件相同时，温度越高，海水中CO₃^2-浓度越小，T₂时曲线在T₁曲线下面；
（3）设CO₂转化的浓度为xmol/L，利用三段式求出x，根据K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

计算；
（4）电极b氧离子失去电子发生氧化反应生成氧气，则b为阳极，与电源正极相连．

解答： 解：（1）已知①CH₄（g）+H₂O（g）=C0（g）+3H₂（g）△H=-206.2KJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=+2.8KJ?mol^-1
由盖斯定律：①-②得CH₄（g）+2H₂O（g）=C0₂（g）+4H₂（g）△H=-206.2KJ?mol^-1-2.8KJ?mol^-1=-209.0KJ?mol^-1；
故答案为：-209.0KJ?mol^-1；
（2）海水中存在2HCO₃^-?CO₃^2-+CO₂+H₂O，CO₂浓度增大，化学平衡向左移动，CO₃^2-浓度降低，则其它条件相同时，随着模拟空气中CO₂浓度增大，海水中CO₃^2- 浓度变小；其它条件相同时，温度越高，海水中CO₃^2-浓度越小，T₂时曲线在T₁曲线下面，则图象为；
故答案为：其它条件相同时，随着模拟空气中CO₂浓度增大，海水中CO₃^2- 浓度变小；；
（3）设CO₂转化的浓度为xmol/L，
                 CO₂（g）+CH₄（g）?2C0（g）+2H₂（g）．
开始浓度（mol/L）：3       3        0        0
转化浓度（mol/L）：x       x        2x       2x
平衡浓度（mol/L）：3-x    3-x       2x       2x
反应达到平衡时CO₂的体积分数为10%，则

3-x

3-x+3-x+2x+2x

×100%=10%，解得x=2
则K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

42×42

1×1

=256；
答：该温度下该反应的平衡常数为256；
（4）电极b氧离子失去电子发生氧化反应生成氧气，所以电极b上放出的气体为O₂，阴离子在阳极失电子，所以b为阳极，与电源正极相连；
故答案为：O₂；正．

点评：本题主要考查了综合利用CO₂，涉及热化学反应、电化学、化学平衡影响因素和平衡常数的计算等，题目较为综合难度中等，把握盖斯定律、平衡常数的计算和电化学原理是解答的关键．