Question

12．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4947kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式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．升高温度                        B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离            D．再充入1molCO₂和3molH₂
（2）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，则阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
（3）常温下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，则溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）
（填“＞”、“=”或“＜”），原因是因为既存在 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺也存在HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（用离子方程式和必要的文字说明）．
（4）某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．应该选用的试剂是Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）．

Answer 1

分析 （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．书写热化学反应方程式时还应注意物质状态、反应热的正负号以及单位，结合化学移动原理分析选项判断比值的变化；
（2）阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
（3）0.1mol•L^-1NaHCO₃ 溶液的pH大于8，溶液显碱性，水解大于其电离；
（4）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．

解答 解：（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，
对于反应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．升高温度，平衡逆向进行，甲醇进行，二氧化碳增大，比值减小，故A不符；
B．充入He（g），使体系压强增大，分压不变平衡不变，比值不变，故B不符合；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向进行，甲醇增大，二氧化碳减小，比值增大，故C正确；
D．再充入1molCO₂和3molH₂ ，相当于增大压强，平衡正向进行，比值增大，故D正确；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol；CD；
（2）总反应式为2CO₂=2CO+O₂，阳极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（3）0.1mol•L^-1NaHCO₃ 溶液的pH大于8，溶液显碱性，水解大于其电离，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃ ^2-），
故答案为：＞；因为既存在 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺也存在HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于电离程度；
（4）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，测定的数据除空气的体积外，还需要测定实验时的温度、压强、沉淀的质量，故答案为：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）．

点评 本题以对CO₂创新利用的研究为载体，考查热化学方程式、沉淀剂选择等知识，难度中等，旨在考查学生对知识的掌握及迁移运用能力．