Question

为减少和消除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．甲醇是一种可再生燃料，它的沸点为64.7℃．有科学家提出绿色构想：把含有CO₂的空气或工业尾气通入碳酸钾溶液中，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后得到甲醇，其构想流程如下：（相对原子质量：C-12　O-16　 Ca-40　 Ba-137）

试回答下列问题：
（1）写出分解池中发生反应的化学方程式______．
（2）在2×10⁵Pa、300℃合成塔中，若有CO₂与H₂反应生成32g甲醇和水，放出49.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式：_____________．
（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是______；若要提高甲醇的产率，可采取的措施有（写2条）：______、______．
（4）甲醇的一个重要作用是制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：______．
（5）常温常压下，饱和CO₂水溶液的pH=5.6，c （H₂CO₃）=1.5×10^-5mol?L^-1，若忽略水的电离和H₂CO₃的二级电离，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K=______（计算结果保留2位有效数字，己知10^-5.6=2.5×10^-6）．
（6）某同学拟用沉淀法测定空气中CO₂的体积分数，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度积常数分别为4.96×10^-9、2.58×10^-9，该同学应该选用较合适的试剂是______（填字母）．
A．Ba（OH）₂溶液　　　　　　　　 B．Ca（OH）₂溶液
C．BaCl₂和NaOH混合溶液　　　 D．CaCl₂溶液．

Answer 1

解：（1）依据流程图分析判断，分解池中发生的反应为碳酸氢钾分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案为：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）根据CO₂与足量H₂恰好完全反应生成32g甲醇和水，可放出49.5 kJ的热量，则生成1 mol CH₃OH放出热量49.5 kJ的热量，所以热化学方程式为
CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1；
（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，较低温时反应速率过慢，生产效率低，合成塔中维持300℃的较高温度的原因提高反应速率，催化剂在此温度下活性最大，反应是放热反应，气体体积减小的反应，依据平衡移动原理可知反应正向进行提高甲醇的产率，
故答案为：该温度下催化剂的活性最高；降温；加压或将水和甲醇从混合体系中分离出来；
（4）燃料电池是燃料在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，碱性电解质溶液中电极反应为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O；
（5）常温常压下，饱和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H⁺）=c（HCO₃^-）=10^-5.6mol/L；c （H₂CO₃）=1.5×10^-5mol?L^-1，若忽略水的电离和H₂CO₃的二级电离，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K=
===4.2×10^-7mol?L^-1，故答案为：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（6）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），故答案为：AD．
分析：（1）二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾，高温水蒸气条件下分解生成碳酸钾、二氧化碳和水；
（2）依据热化学方程式书写方法，计算对应量下的反应热，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；写出热化学方程式；
（3）依据反应速率和催化剂的活性分析判断；根据平衡影响因素和平衡移动原理分析选择；
（4）燃料电池是燃料在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，注意电解质溶液的环境因素写出电极反应；
（5）根据饱和溶液中PH计算氢离子浓度和碳酸氢根离子浓度，依据电解质电离平衡常数的概念计算；
（6）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．
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．