Question

（2011?广东模拟）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．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是

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol

．
（2）以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂，负极通入甲醇，在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳．该电池负极发生的反应是：
CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺
则正极发生的反应是

O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O

；放电时，H⁺移向电池的

正

（填“正”或“负”）极．
（3）常温常压下，饱和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1．若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K=

4.2×10^-7mol?L^-1

．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）
（4）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

溶液存在平衡HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于电离程度

（用离子方程式和必要的文字说明）．
（5）小李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．小李应该选用的试剂是

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；
（2）氧气在正极上被还原，在酸性条件下生成水，由此写出电池正极电极反应式；
电池的正极上有聚集的电子，放电时，电解质溶液的阳离子向电池的正极移动；
（3）电离平衡常数指弱电解质在一定条件下电离达到平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度系数次幂的乘积，跟溶液中未电离分子的浓度系数次幂的乘积的比值，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K=

c(H+)?c(H CO - 3 )

c(H2CO3)

；
（4）存在平衡 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于电离程度；
（5）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，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol；
（2）氧气在正极上被还原，在酸性条件下生成水，电池正极电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
电池的正极上有聚集的电子，放电时，电解质溶液的阳离子向电池的正极移动，即H⁺移向电池的正极，
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2 H₂O；正；
（3）饱和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1，
则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数，K=

c(H+)?c(H CO - 3 )

c(H2CO3)

=

2.5×10-6×2.5×10-6

1.5×10-5

=4.2×10^-7 mol?L^-1，
故答案为：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（4）溶液存在平衡 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于电离程度，所以溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），
故答案为：＞；溶液存在平衡 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于电离程度；
（5）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，
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、原电池、电离平衡、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．