Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界中，試回答下列問題：

(1)某處碳循環如圖所示，CaCO3轉化為HCO3-的離子方程式為_____________。

(2)常溫常壓下，空氣中的CO2溶于水，達到平衡時，無機碳在濃液中以4種形式存在，其轉化關系如下:

①CO2(g)+H2OH2CO3 K=10-2.8

②H2CO3H++HCO3- K1=10-3.5，

③HCO3-H++CO32- K2=10-10.3，

若溶液中。c(CO2)=1.0×10-5mol/L，且忽略水的電離及H2CO3的第二級電離，則溶液pH=_____。

(3)某化學小組為了測量湖水中無機碳的含量，量取 100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收，將吸收液用0.10mol/L鹽酸滴定，生成的V(CO2)隨V (鹽酸)變化關系如圖2所示，則吸收液中離子濃度由大到小的順序為______________(不用寫出H+)，湖水中無機碳的濃度為_______mol/L。

(4)—定條件下，CO2和H2O可以轉化為CO和H2，通過反應：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)制備甲醇，若起始時在密閉容器中按物質的量之比1:2充入CO和H2，測得平衡時CO轉化率a (CO)隨T、P的變化關系如圖3所示。

①P1__P2(填“大于”、“小于”或“等于”)；

②該反應在195℃、P2條件下達到平衡后，c(H2)=0.5 mol/L ，則該反應的平衡常數為______。

③已知CH3OH和CO的燃燒熱分別725.8kJ/mol、283.0 kJ/mol，1mol液態水變成氣態水吸熱44.0kJ，寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態水的熱化學方程式：_________________。

(5)用CH3OH和O2組合形成的質子交換膜燃料電池的結構示意圖4，則c電極的反應方程式為:_______________ 。

Answer 1

【答案】 CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3- 5.65 c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-) 0.01 小于 4 CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(g) ΔH=-354.8kJ∕mol CH3OH-6e- +H2O = CO2 +6H+

【解析】 (1)根據圖示，碳酸鈣與二氧化碳反應生成HCO3-的離子方程式為CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3-，故答案為：CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3-；

(2)設溶液pH為x，根據①CO2(g)+H2OH2CO3 K=10-2.8，②H2CO3H++HCO3- K1=10-3.5，c(CO2)=1.0×10-5mol/L，則K=10-2.8=，K1=10-3.5= ，因此K×K1== =10-6.3，解得x=5.65，故答案為：5.65；

(3)根據圖像，先后發生的反應為：①OH-+ H+= H2O；②CO32-+ H+= HCO3-；③HCO3-+ H+= CO2 ↑+ H2O，反應③中消耗鹽酸10mL，說明含有HCO30.001mol，說明反應②中消耗鹽酸10mL，反應①中消耗鹽酸10mL，說明含有OH-0.001mol，因此吸收液中含有0.001molNaOH和0.001molNa2CO3，吸收液中離子濃度由大到小的順序為c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-)，湖水中無機碳的濃度為 = 0.01mol/L，故答案為：c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-) ；0.01；

(4)①根據CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，相同溫度條件下，壓強越大，CO的轉化率越大，根據圖像，P1＜P2，故答案為：小于；

②起始時在密閉容器中按物質的量之比1:2充入CO和H2，平衡后，c(H2)=0.5 mol/L ，則c(CO)=0.25 mol/L ，c(CH3OH)=0.25 mol/L ，該反應的平衡常數K= =4，故答案為：4；

③由CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱△H分別為-283.0kJmol-1和-725.8kJmol-1，1mol液態水變成氣態水吸熱44.0kJ，則①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJmol-1 ，②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-725.8kJmol-1 ，③H2O(l)= H2O(g) ΔH=+44.0kJ∕mol，由蓋斯定律可知用②-①+③得反應3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(g)，該反應的反應熱△H=-726.5kJ/mol-(-283.0kJ/mol)+(+44.0kJ∕mol)= -354.8kJmol-1，故答案為：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(g)△H=-354.8kJmol-1；

(5)根據電子移動的方向，c為負極，甲醇具有還原性，在負極上發生氧化反應生成CO2，電極反應式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，故答案為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。