Question

（2011?廣東模擬）為減小和消除CO₂對環境的影響，一方面世界各國都在限制其排放量，另一方面科學家加強了對CO₂創新利用的研究．最近有科學家提出“綠色自由”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應后使之變為可再生燃料甲醇．“綠色自由”構想技術流程如下：

（1）在合成塔中，若有4.4kg CO₂與足量H₂恰好完全反應，可放出4947kJ的熱量，試寫出合成塔中發生反應的熱化學方程式是

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol

．
（2）以甲醇為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂，負極通入甲醇，在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳．該電池負極發生的反應是：
CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺
則正極發生的反應是

O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O

；放電時，H⁺移向電池的

正

（填“正”或“負”）極．
（3）常溫常壓下，飽和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數K=

4.2×10^-7mol?L^-1

．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）
（4）常溫下，0.1mol?L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，則溶液中c（H₂CO₃）

＞

c（CO₃^2-） （填“＞”、“=”或“＜”），原因是

溶液存在平衡HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于電離程度

（用離子方程式和必要的文字說明）．
（5）小李同學擬用沉淀法測定空氣中CO₂的體積分數，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度積（Ksp）分別為4.96×10^-9、2.58×10^-9．小李應該選用的試劑是

Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）

．

Answer 1

分析：（1）合成塔中發生反應為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水，根據4.4 kg CO₂與足量H₂恰好完全反應，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量．書寫熱化學反應方程式時還應注意物質狀態、反應熱的正負號以及單位；
（2）氧氣在正極上被還原，在酸性條件下生成水，由此寫出電池正極電極反應式；
電池的正極上有聚集的電子，放電時，電解質溶液的陽離子向電池的正極移動；
（3）電離平衡常數指弱電解質在一定條件下電離達到平衡時，溶液中電離所生成的各種離子濃度系數次冪的乘積，跟溶液中未電離分子的濃度系數次冪的乘積的比值，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數K=

c(H+)?c(H CO - 3 )

c(H2CO3)

；
（4）存在平衡 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于電離程度；
（5）根據CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應更完全．

解答：解：（1）根據4.4 kg CO₂與足量H₂恰好完全反應，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，所以熱化學方程式為
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol；
（2）氧氣在正極上被還原，在酸性條件下生成水，電池正極電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
電池的正極上有聚集的電子，放電時，電解質溶液的陽離子向電池的正極移動，即H⁺移向電池的正極，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2 H₂O；正；
（3）飽和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1，
則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數，K=

c(H+)?c(H CO - 3 )

c(H2CO3)

=

2.5×10-6×2.5×10-6

1.5×10-5

=4.2×10^-7 mol?L^-1，
故答案為：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（4）溶液存在平衡 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于電離程度，所以溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），
故答案為：＞；溶液存在平衡 HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-的水解程度大于電離程度；
（5）根據CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應更完全，故可選擇Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作為CO₂的沉淀劑，
故答案為：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）．

點評：本題以對CO₂創新利用的研究為載體，考查熱化學方程式、原電池、電離平衡、沉淀劑選擇等知識，難度中等，旨在考查學生對知識的掌握及遷移運用能力．