Question

(18分)能源的开发和利用是当前科学研究的重要课题。
(1)利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下前实现如下变废为宝的过程：
mCeO₂ (m-x)CeO₂xCe+xO₂
(m-x)CeO₂xCe+xH₂O+xCO₂mCeO₂+xH₂+xCO
上述过程的总反应是           ,该反应将太阳能转化为         。
(2)CO、O₂和KOH溶液构成的燃料电池的负极电极反应式为               。该电池反应可获得K₂CO₃溶液，某温度下0.5molL^-1 K₂CO₃溶液的pH=12，若忽略CO₃^2-的第二级水解，则CO₃^2- +H₂OHCO₃^-+OH^-的平衡常熟K_h=        。
(3)氯碱工业是高耗能产业，下列将电解池与燃料电池相组合的工艺可以节能30％以上。

①电解过程中发生反应的离子方程式是            ，阴极附近溶液PH      (填“不变”、“升高”或“下降”)。
②如果粗盐中SO₄^2-含量较高，精制过程需添加钡试剂除去SO₄^2-，该钡试剂可选用下列试剂中的        。
a．Ba(OH)₂    b．Ba(NO₃)₂    c．BaCl₂
现代工艺中更多使用BaCO₃除SO₄^2-，请写出发生反应的离子方程式       。
③图中氢氧化钠溶液的质量分数a％ b％(填“>”、‘‘=”或“<”)，，燃料电池中负极上发生的电极反应为                。

Answer 1

（18分）
（1）H₂O + CO₂ =H₂ + CO + O₂（2分）    化学能（1分）
（2）CO – 2e^- +4OH^- = CO₃^2- + 2H₂O（2分）    2×10^-4 mol·L^-1（2分）
（3）①2Cl^-+2H₂O  Cl₂↑+ H₂↑+2OH^-（2分）    升高（1分）     
②  ac（2分）  BaCO₃(s)+ SO₄^2-(aq) = BaSO₄ (s)+ CO₃^2-(aq)（2分）
③  <（2分）   H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O （2分）

试题分析：（1）两式相加可得总反应方程式：H₂O + CO₂ =H₂ + CO + O₂；通过该反应把太阳能转化为了化学能。
（2）在碱性条件下，CO失电子转化为CO₃²?，电解方程式为：CO – 2e^- +4OH^- = CO₃^2- + 2H₂O；溶液的pH=12，则c(OH?)=0.01mol?L?¹，若忽略CO₃^2-的第二级水解，c(HCO₃?)=0.01mol?L?¹，则K_h=c(HCO₃?)?c(OH?)/c(CO₃²?)= 0.01mol?L?¹×0.01mol?L?¹/0.5mol?L?¹= 2×10^-4 mol·L^-1。
（3）①电解食盐水生成H₂、H₂和NaOH，所以离子方程式为：2Cl^-+2H₂O  Cl₂↑+ H₂↑+2OH^-；阴极上H₂O电离出的H⁺得电子生成H₂，使H₂O的电离平衡向右移动，OH?浓度增大，所以pH升高。
②Ba(OH)₂可与SO₄²?反应，OH?可加盐酸除去，BaCl₂可与SO₄²?反应，而且不引入新杂质，Ba(NO₃)₂能与SO₄²?反应，但NO₃?无法除去，故ac正确；BaCO₃转化为更难溶的BaSO₄，离子方程式为：BaCO₃(s)+ SO₄^2-(aq) = BaSO₄ (s)+ CO₃^2-(aq)。
③在燃料电池中，氧气作正极，所以通入空气的极是正极，O₂得电子生成OH?，通入燃料的电极是负极，消耗OH?，所以a% < b%；负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，电极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O。