Question

12．最近有科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來(lái)，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程如下：

（1）在合成塔中，若有4.4kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，可放出4947kJ的熱量，試寫出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ•mol^-1；下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度                        B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離            D．再充入1molCO₂和3molH₂
（2）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂．某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
（3）常溫下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）
（填“＞”、“=”或“＜”），原因是因?yàn)榧却嬖?HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺也存在HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（用離子方程式和必要的文字說(shuō)明）．
（4）某同學(xué)擬用沉淀法測(cè)定空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度積（Ksp）分別為4.96×10^-9、2.58×10^-9．應(yīng)該選用的試劑是Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）．

Answer 1

分析 （1）合成塔中發(fā)生反應(yīng)為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水，根據(jù)4.4 kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量．書(shū)寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式時(shí)還應(yīng)注意物質(zhì)狀態(tài)、反應(yīng)熱的正負(fù)號(hào)以及單位，結(jié)合化學(xué)移動(dòng)原理分析選項(xiàng)判斷比值的變化；
（2）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式；
（3）0.1mol•L^-1NaHCO₃ 溶液的pH大于8，溶液顯堿性，水解大于其電離；
（4）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應(yīng)更完全．

解答 解：（1）根據(jù)4.4 kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，所以熱化學(xué)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol，
對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol，措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是
A．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，甲醇進(jìn)行，二氧化碳增大，比值減小，故A不符；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，分壓不變平衡不變，比值不變，故B不符合；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向進(jìn)行，甲醇增大，二氧化碳減小，比值增大，故C正確；
D．再充入1molCO₂和3molH₂ ，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，比值增大，故D正確；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol；CD；
（2）總反應(yīng)式為2CO₂=2CO+O₂，陽(yáng)極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（3）0.1mol•L^-1NaHCO₃ 溶液的pH大于8，溶液顯堿性，水解大于其電離，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃ ^2-），
故答案為：＞；因?yàn)榧却嬖?nbsp;HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺也存在HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于電離程度；
（4）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應(yīng)更完全，故可選擇Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作為CO₂的沉淀劑，測(cè)定的數(shù)據(jù)除空氣的體積外，還需要測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度、壓強(qiáng)、沉淀的質(zhì)量，故答案為：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）．

點(diǎn)評(píng) 本題以對(duì)CO₂創(chuàng)新利用的研究為載體，考查熱化學(xué)方程式、沉淀劑選擇等知識(shí)，難度中等，旨在考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握及遷移運(yùn)用能力．