Question

如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂引起了全世界的普遍重视．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．
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究该反应原理，进行如下实验：某温度下，在容积为2L的密闭容器中，充入1molCO₂和3.25molH₂在一定条件下发生反应，测得CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的物质的量（n）随时间变化如右图所示：
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=______．
②下列措施中一定不能使CO₂的转化率增大的是______．
A．在原容器中再充入1molCO₂        B．在原容器中再充入1molH₂
C．在原容器中充入1mol氦气         D．使用更有效的催化剂
E．缩小容器的容积                  F．将水蒸气从体系中分离
（2）常温常压下，饱和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5mol/L．若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃HCO₃^-+H⁺的电离平衡常数K=______．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）．
（3）标准状况下，将4.48LCO₂通入200mL1.5mol/L的NaOH溶液，所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为______．
（4）如图是甲醇燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的
结构示意图，则a处通入的是______（填“甲醇”或
“氧气”），其电极上发生的电极反应式为______．
（5）已知，常温下Ksp（AgCl）=2.0×10^-10，Ksp（AgBr）=5.4×10^-13．向AgNO₃溶液中加入KBr和KCl，当两种沉淀共存时，溶液中c（Br^-）和c（Cl^-）的比值为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①反应的方程式为CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O，根据反应速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；
②使CO₂的转化率增大须使平衡向正反应方向移动，可采取的措施有增大压强、分离生成物或增加另一种反应物等措施；
（2）根据平衡常数K=计算；
（3）4.48LCO₂通入200mL1.5mol/L的NaOH溶液反应后生成0.01molNa₂CO₃和0.01molNaHCO₃，CO₃^2-水解大于HCO₃^-离子的水解，溶液呈碱性，以此判断离子浓度大小；
（4）在碱性电解质溶液中通入甲醇，甲醇被氧化为CO₃^2-离子，甲醇应为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
（5）当两种沉淀共存时，Ag⁺离子浓度相同，根据溶度积常数计算两种离子的浓度比值．
解答：解：（1）①反应的方程式为CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O，反应中v（H₂）=3v（CO₂）==0.1125mol/（L?min），故答案为：0.1125mol/（L?min）；
②使CO₂的转化率增大须使平衡向正反应方向移动，可采取的措施有增大压强、分离生成物或增加另一种反应物等措施，在原容器中再充入1molCO₂，虽然平衡向正反应移动，
但转化的量比较少，反而导致CO₂的转化率降低，在原容器中充入1mol氦气和使用催化剂，平衡不移动，故答案为：ACD；
（2）K===4.2×10^-7，故答案为：4.2×10^-7；
（3）4.48LCO₂通入200mL1.5mol/L的NaOH溶液反应后生成0.01molNa₂CO₃和0.01molNaHCO₃，CO₃^2-水解大于HCO₃^-离子的水解，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），溶液呈碱性，则
c（OH^-）＞c（H⁺），两种盐水解程度较小，则c（CO₃^2-）＞c（OH^-），故为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（4）在碱性电解质溶液中通入甲醇，甲醇应为原电池的负极，发生氧化反应，甲醇被氧化为CO₃^2-离子，负极反应为CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：甲醇；CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
（5）当两种沉淀共存时，Ag⁺离子浓度相同，根据溶度积常数计算，c（Br^-）=，c（Cl^-）=，则==2.7×10^-3．
故答案为：2.7×10^-3．
点评：本题考查较为综合，涉及反应速率、化学平衡、盐类的水解、原电池以及难溶电解质的溶解平衡的等知识，题目难度较大，本题易错点为平衡移动和离子浓度大小的比较两个问题，做题时注意把握做题的方法．