Question

為減少和消除CO₂對環(huán)境的影響，一方面世界各國都在限制其排放量，另一方面科學(xué)家加強(qiáng)了對CO₂創(chuàng)新利用的研究．甲醇是一種可再生燃料，它的沸點為64.7℃．有科學(xué)家提出綠色構(gòu)想：把含有CO₂的空氣或工業(yè)尾氣通入碳酸鉀溶液中，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后得到甲醇，其構(gòu)想流程如下：（相對原子質(zhì)量：C-12　O-16　 Ca-40　 Ba-137）

試回答下列問題：
（1）寫出分解池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式______．
（2）在2×10⁵Pa、300℃合成塔中，若有CO₂與H₂反應(yīng)生成32g甲醇和水，放出49.5kJ的熱量，試寫出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_____________．
（3）在合成塔中發(fā)生的是放熱反應(yīng)，高溫不利于甲醇的生成，合成塔中維持300℃的較高溫度的原因可能是______；若要提高甲醇的產(chǎn)率，可采取的措施有（寫2條）：______、______．
（4）甲醇的一個重要作用是制燃料電池，常用KOH作電解質(zhì)溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：______．
（5）常溫常壓下，飽和CO₂水溶液的pH=5.6，c （H₂CO₃）=1.5×10^-5mol?L^-1，若忽略水的電離和H₂CO₃的二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K=______（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字，己知10^-5.6=2.5×10^-6）．
（6）某同學(xué)擬用沉淀法測定空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度積常數(shù)分別為4.96×10^-9、2.58×10^-9，該同學(xué)應(yīng)該選用較合適的試劑是______（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）依據(jù)流程圖分析判斷，分解池中發(fā)生的反應(yīng)為碳酸氫鉀分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）根據(jù)CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)生成32g甲醇和水，可放出49.5 kJ的熱量，則生成1 mol CH₃OH放出熱量49.5 kJ的熱量，所以熱化學(xué)方程式為
CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1；
（3）在合成塔中發(fā)生的是放熱反應(yīng)，高溫不利于甲醇的生成，較低溫時反應(yīng)速率過慢，生產(chǎn)效率低，合成塔中維持300℃的較高溫度的原因提高反應(yīng)速率，催化劑在此溫度下活性最大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，氣體體積減小的反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理可知反應(yīng)正向進(jìn)行提高甲醇的產(chǎn)率，
故答案為：該溫度下催化劑的活性最高；降溫；加壓或?qū)⑺�和甲醇從混合體系中分離出來；
（4）燃料電池是燃料在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和電荷守恒，堿性電解質(zhì)溶液中電極反應(yīng)為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O；
（5）常溫常壓下，飽和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H⁺）=c（HCO₃^-）=10^-5.6mol/L；c （H₂CO₃）=1.5×10^-5mol?L^-1，若忽略水的電離和H₂CO₃的二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K=
===4.2×10^-7mol?L^-1，故答案為：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（6）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應(yīng)更完全，故可選擇Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作為CO₂的沉淀劑，測定的數(shù)據(jù)除空氣的體積外，還需要測定實驗時的溫度、壓強(qiáng)、沉淀的質(zhì)量，故答案為：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液），故答案為：AD．
分析：（1）二氧化碳通入飽和碳酸鉀溶液的吸收池中反應(yīng)生成碳酸氫鉀，高溫水蒸氣條件下分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法，計算對應(yīng)量下的反應(yīng)熱，書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式時還應(yīng)注意物質(zhì)狀態(tài)、反應(yīng)熱的正負(fù)號以及單位；寫出熱化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)反應(yīng)速率和催化劑的活性分析判斷；根據(jù)平衡影響因素和平衡移動原理分析選擇；
（4）燃料電池是燃料在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和電荷守恒，注意電解質(zhì)溶液的環(huán)境因素寫出電極反應(yīng)；
（5）根據(jù)飽和溶液中PH計算氫離子濃度和碳酸氫根離子濃度，依據(jù)電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的概念計算；
（6）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應(yīng)更完全．
點評：本題以對CO₂創(chuàng)新利用的研究為載體，考查熱化學(xué)方程式、沉淀劑選擇等知識，難度中等，旨在考查學(xué)生對知識的掌握及遷移運(yùn)用能力．