题目内容
【题目】CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:
(1)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+ CO2(g)2CO (g)+ 2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:
化学键 | C—H | C=O | H—H | CO(CO) |
键能/kJ·mol1 | 413 | 745 | 436 | 1075 |
则该反应的ΔH=_________。分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______(填“A” 或“B ”)。
(2)CO2可以被NaOH溶液捕获。
①若所得溶液pH=13,CO2主要转化为_______(写离子符号);若所得溶液c(HCO3)∶c(CO32)=2∶1,溶液pH=___________。(室温下,H2CO3的K1=4×107;K2=5×1011)
②当2molCO2通入3molNaOH被吸收时,溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母)________。
a.c(Na+)+c(H+)=c(CO32)+c(HCO3-)+c(OH-)
b.c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32)> c(OH-)>c(H+)
c.3c(Na+)=2[c(CO32)+c(HCO3-) +c(H2CO3)]
(3)CO2辅助的CO—O2燃料电池,工作原理如图所示,固体介质中CO32— 可定向移动。电池的负极反应式:________________________________电池工作时需向某电极通入CO2以触发反应,该电极为_____________(填“甲”或“乙”)
【答案】+120 KJ· mol-1 B CO32 10 b CO-2e- + CO32 = 2CO2 乙
【解析】
(1)根据反应热与键能的关系可得ΔH=+120KJ mol-1;该反应的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体,恒压条件下反应正向进行的程度大,故容器B达到平衡时吸收的热量多;
(2)由电离平衡常数的定义以及弱电解质的电离、弱根离子的水解以及各离子之间的相互影响进行分析;
(3)由题中所给示意图以及负极失去电子发生氧化反应分析。
(1)根据反应热与键能的关系可得,该反应的ΔH=(413kJ·mol1×4+745kJ·mol1×2)-(1075kJ·mol1×2+436kJ·mol1×2)=+120KJ mol-1,反应CH4(g)+ CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体,恒压条件下反应正向进行的程度大,故容器B达到平衡时吸收的热量多,故答案为:+120KJ·mol-1,B。
(2)①K2=c(CO32-)c(H+)/c(HCO3-)=5×1011,则c(H+)=K2c(HCO3-)/c(CO32-),当c(HCO3)=c(CO32),c(H+)=5×1011,pH在10.3,如果溶液pH=13,则c(HCO3)<c(CO32),所以该溶液中所得的阴离子为CO32,K2=c(CO32-)c(H+)/c(HCO3-)=5×1011,且所得溶液中c(HCO3)∶c(CO32)=2∶1,c(H+)=K2c(HCO3-)/c(CO32-)=5×1011×2=1×1010,pH=10,故答案为:CO32,10。
②当2molCO2通入3molNaOH被吸收时,则发生反应:2CO2+3OH-=CO32-+HCO3-+H2O,结合CO32-+H2OHCO3-+OH-,HCO3-+H2OH2CO3+OH-分析。
a.溶液呈电中性,溶液中阴、阳离子所带电荷相等,所以c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-),故a错误;
b.n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)=2mol,n(Na+)=3mol,又存在①CO32-+H2OHCO3-+OH-,②HCO3-+H2OH2CO3+OH-,水解程度①>②且水解程度都较小,则c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-),则有c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),故b正确;
c.n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)=0.1mol,n(Na+)=0.15mol,根据物料守恒得,2C(Na+)=3[c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)],故c错误。
故答案为:b。
(3)由图可知,在负极上CO与CO32失去电子发生氧化反应生成CO2,电极方程式为: CO-2e-+CO32=2CO2,在电极乙上通入CO2以触发反应,故答案为:CO-2e-+CO32=2CO2,乙。
【题目】综合题
Ⅰ.现有失去标签的CaCl2、AgNO3、HCl和Na2CO3四瓶溶液。为了确定这四瓶溶液成分,将四瓶溶液成分别编号为A、B、C、D后进行化学实验,实验记录如下:
实验顺序 | 实验内容 | 实验现象 |
① | A+B | 无现象 |
② | B+D | 有气体放出 |
③ | C+B | 有沉淀生成 |
④ | A+D | 有沉淀生成 |
请根据上述实验填空:
(1)A、C两瓶溶液分别是(用化学式表示)_____、______。
(2)A、D溶液混合恰好完全反应生成白色沉淀,过滤、洗涤,再向滤渣中加入足量盐酸溶液,写出向滤渣中加人盐酸的离子方程式: ______。
Ⅱ.某固体混合物中,可能含有下列离子中的几种:K+、NH4+、Mg2+、Ba2+、Cl-、SO42-、CO32-,将该混合物溶于水后得到澄清溶液,现取三份各100mL该溶液分别进行如下实验(已知:NH4++OH-NH3↑+H2O)。
(1)在一份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成。
(2)在另一份溶液中加入足量的NaOH 溶液并加热,收集到1.12L气体(标准状况下)。
(3)在第三份溶液中加入足量的BaCl2溶液后有沉淀生成,经称量其质量为6.27g,在该沉淀中加入足量的盐酸,沉淀部分溶解,剩余固体质量为2.33g。根据上述实验回答下列问题:
①溶液中一定不存在的离子是_______。
②溶液中一定存在的阴离子有______,其物质的量浓度分别为______ 。
③推断 K+是否存在并说理由:______。