Question

最近有科学家提出“绿色自由”的构想：把含有CO₂的空气吹入K₂CO₃溶液中，然后再用高温水气分解出CO₂，经与H₂化合后转变为甲醇燃料．

（1）在整个生产过程中饱和K₂CO₃溶液的作用是

 

；不用KOH溶液的理由是

 

．
（2）在合成塔中，每44g CO₂与足量H₂完全反应生成甲醇时，可放出49.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式

 

；转化过程中可循环利用的物质除了K₂CO₃外，还有

 

．
（3）请评述合成时选择2×10⁵Pa的理由

 

．
（4）BaCO₃的溶解平衡可以表示为 BaCO₃（s）?Ba²⁺+CO₃^2-
①写出平衡常数表达式

 

；
②用重量法测定空气中CO₂的体积分数时，选用Ba（OH）₂而不是Ca（OH）₂为沉淀剂，原因之一是：25℃时，BaCO₃的溶解平衡常数K=2.58×10^-9，而CaCO₃的溶解平衡常数K=4.96×10^-9；原因之二是

 

．
（5）某同学很快就判断出以下中长石风化的离子方程式未配平：
4Na_0.5Ca_0.5Al_1.5Si_2.5O₆+6CO₂+17H₂O→2Na⁺+2Ca²⁺+5HCO₃^-+4H₄SiO₄+3Al₂SiO₅（OH）₄
该同学判断的角度是

 

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（6）甲醇可制成新型燃料电池，总反应为：2CH₃OH+3O₂+4KOH→2K₂CO₃+6H₂O该电池负极的电极反应式为：CH₃OH-6e+8OH^-→CO₃^2-+6H₂O则正极的电极反应式为：

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,化学电源新型电池,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,制备实验方案的设计

专题：实验设计题,基本概念与基本理论

分析：（1）碳酸氢钾不稳定，加热时分解生成碳酸钾和二氧化碳、水，碳酸钾不分解；
（2）4.4kgCO₂的物质的量是100mol，100mol二氧化碳和足量氢气反应放出4947KJ热量，据此计算1mol二氧化碳与足量氢气反应放出的热量，从而写出其热化学反应方程式；根据合成甲醇的方程可知，反应生成甲醇和水蒸气，水蒸气可以给碳酸氢钾分解提供能量；
（3）合成甲醇的反应为体积减小的反应，增大压强平衡正移；
（4）①溶解平衡方程式书写平衡常数表达式；
②重量法测定空气中CO₂的体积分数，要求称量准确，误差小；
（5）书写离子方程式要注意原子守恒和电荷守恒；
（6）碱性甲醇燃料电池中，甲醇在负极失电子，氧气在正极得电子．

解答： 解：（1）在整个生产过程中饱和K₂CO₃溶液的作用是富集二氧化碳，二氧化碳和饱和的碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾，碳酸氢钾不稳定，加热时分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，KOH溶液与二氧化碳是碳酸钾，K₂CO₃难分解产生CO₂，
故答案为：富集CO₂；生成的K₂CO₃难分解产生CO₂；
（2）44gCO₂的物质的量是1mol，1mol二氧化碳和足量氢气反应放出49.5KJ热量，所以其热化学反应方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；根据合成甲醇的方程可知，反应生成甲醇和水蒸气，水蒸气可以给碳酸氢钾分解提供能量，所以转化过程中可循环利用的物质除了K₂CO₃外，还有水蒸气；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；水蒸气；
（3）合成甲醇的反应为体积减小的反应，增大压强平衡正移，有利于提高反应速率和原料利用率，但是压强太高对反应的设备要求很高，又提高了生产成本，所以不能太高；
故答案为：适当加压有利于提高反应速率和原料利用率，但压强太高增大成本；
4）①BaCO₃的溶解平衡可以表示为 BaCO₃（s）?Ba²⁺+CO₃^2-，平衡常数表达式为K= c（Ba²⁺）c（CO₃^2-），故答案为：K= c（Ba²⁺）c（CO₃^2-）；
②重量法测定空气中CO₂的体积分数，要求称量准确，误差小，BaCO₃的式量大，称量的相对误差小，故答案为：BaCO₃的式量大，相对误差小；
（5）书写离子方程式要注意原子守恒和电荷守恒，4Na_0.5Ca_0.5Al_1.5Si_2.5O₆+6CO₂+17H₂O→2Na⁺+2Ca²⁺+5HCO₃^-+4H₄SiO₄+3Al₂SiO₅（OH）₄中电荷不守恒，所以离子方程式错误，
故答案为：未配平两边电荷数；
（6）碱性甲醇燃料电池中，甲醇在负极失电子，氧气在正极得电子生成氢氧根离子，则正极反应式为：O₂+2H₂O+4e→4OH^-；
故答案为：O₂+2H₂O+4e→4OH^-．

点评：本题考查了化学平衡移动的影响因素、热化学反应方程式的书写、电极反应式的书写、溶解平衡等知识点，题目难度中等，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性．