Question

16．欧盟定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫．请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质．
（1）焦炭可用于制取水煤气．测得12g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6
kJ热量．该反应的热化学方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6kJ•mol^-1 ．
（2）活性炭可处理大气污染物NO．在2L密闭容器中加入NO和活性炭（无杂质），生成气体E和F．当温度分别在T₁和T₂时，测得各物质平衡时物质的量如下表：

	活性炭	NO	E	F
初始	2.030	0.100	0	0
T1	2.000	0.040	0.030	0.030
T2	2.005	0.050	0.025	0.025

①写出NO与活性炭反应的化学方程式C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．
②上述反应T₁℃时的平衡常数为 K₁，T₂℃时的平衡常数为 K₂．
Ⅰ．K₁=0.5625．（列式并计算）
Ⅱ．根据上述信息判断，温度T₁和T₂的关系是（填序号）c．
a．T₁＞T₂            b．T₁＜T₂        c．无法比较
（3）CO₂经常用氢氧化钠溶液来吸收，现有0.4molCO₂，若用200mL 3mol/L NaOH溶液将其完全吸收，溶液中离子浓度由大到小的顺序为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（4）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视，该电池用 Li₂CO₃ 和 Na₂CO₃ 的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO₂ 的混合气为正极助燃气，制得在 650℃下工作的燃料电池，其负极反应式：2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，则正极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为5.6×10^-5mo1/L．

Answer 1

分析 （1）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气完全反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，据此结合热化学方程式书写原则进行书写；
（2）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂；
②Ⅰ、计算各气体的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，不能判断温度变化；
（3）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，则反应的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，1＜n（NaOH）：n （CO₂）＜2，所以溶液中的溶质有碳酸钠、碳酸氢钠，设所得产物中含Na₂CO₃为xmol，NaHCO₃为ymol，
则得方程组：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.2}\\{2x+y=0.3}\end{array}\right.$解得：x=0.1，y=0.1，
溶液中的溶质为等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠，碳酸根水解程度大于碳酸氢根离子；
（4）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，得失电子相等时，正负极电极反应式相加即得电池反应式；
（5）根据溶度积常数计算氯化钙浓度．

解答 解：（1）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，该反应的热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ•mol^-1 ；
（2）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂，且该反应为可逆反应，故反应方程式为：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
故答案为：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
②Ⅰ、平衡时c（NO）=0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=0.015mol/L，故T₁℃时该反应的平衡常数为K₁=$\frac{0.015×0.015}{0.0{2}^{2}}$=0.5625，
故答案为：0.5625；
Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，无法判断温度变化，故答案为：c；
（3）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，则反应的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，1＜n（NaOH）：n （CO₂）＜2，所以溶液中的溶质有碳酸钠、碳酸氢钠，设所得产物中含Na₂CO₃为xmol，NaHCO₃为ymol，
则得方程组：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.2}\\{2x+y=0.3}\end{array}\right.$；
解得：x=0.1，y=0.1，
在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），
水解使溶液显碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），显性离子大于隐性离子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
即离子浓度大小为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（4）该燃料电池中，负极上电极反应式为2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-，则电池反应式为2CO+O₂=2CO₂，故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；
（5）混合溶液中碳酸根离子浓度为1×10^-4mo1/L，混合溶液中c（Ca ²⁺ ）=$\frac{{K}_{sp}}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×10^-5mo1/L，则原来溶液中c（CaCl₂）=5.6×10^-5mo1/L，故答案为：5.6×10^-5mo1/L．

点评 本题考查较综合，涉及平衡常数的有关计算、离子浓度大小比较、原电池原理、热化学反应、氧化还原反应等知识点，为高频考点，根据基本公式、溶液中的溶质及守恒思想、原电池原理等知识点分析解答，注意（5）题两种溶液混合时，离子浓度降为原来的一半，为易错点．