Question

【題目】CO2是一種廉價(jià)的碳資源，其綜合利用具有重要意義。回答下列問題：

（1）CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣：CH4（g）+ CO2（g）2CO （g）+ 2H2（g）

①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	C—H	C=O	H—H	CO（CO）
鍵能/kJ·mol1	413	745	436	1075

則該反應(yīng)的ΔH=_________。分別在v L恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是_______（填“A” 或“B ”）。

（2）CO2可以被NaOH溶液捕獲。

①若所得溶液pH=13，CO2主要轉(zhuǎn)化為_______（寫離子符號(hào)）；若所得溶液c（HCO3）∶c（CO32）=2∶1，溶液pH=___________。（室溫下，H2CO3的K1=4×107；K2=5×1011）

②當(dāng)2molCO2通入3molNaOH被吸收時(shí)，溶液中離子濃度關(guān)系正確的是(選填字母)________。

a．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CO32)＋c(HCO3-)＋c(OH－)

b．c(Na＋)>c(HCO3-)>c(CO32)> c(OH－)>c(H＋)

c．3c(Na＋)＝2[c(CO32)＋c(HCO3-) +c(H2CO3)]

（3）CO2輔助的CO—O2燃料電池，工作原理如圖所示，固體介質(zhì)中CO32— 可定向移動(dòng)。電池的負(fù)極反應(yīng)式：________________________________電池工作時(shí)需向某電極通入CO2以觸發(fā)反應(yīng)，該電極為_____________（填“甲”或“乙”）

Answer 1

【答案】+120 KJ· mol-1 B CO32 10 b CO-2e- + CO32 = 2CO2 乙

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系可得ΔH=+120KJ mol-1；該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體總分子數(shù)增加的吸熱反應(yīng)，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體，恒壓條件下反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，故容器B達(dá)到平衡時(shí)吸收的熱量多；

（2）由電離平衡常數(shù)的定義以及弱電解質(zhì)的電離、弱根離子的水解以及各離子之間的相互影響進(jìn)行分析；

（3）由題中所給示意圖以及負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)分析。

（1）根據(jù)反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系可得，該反應(yīng)的ΔH=（413kJ·mol1×4+745kJ·mol1×2）-（1075kJ·mol1×2+436kJ·mol1×2）=+120KJ mol-1，反應(yīng)CH4（g）+ CO2（g）2CO（g）+2H2（g）的正反應(yīng)是氣體總分子數(shù)增加的吸熱反應(yīng)，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體，恒壓條件下反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，故容器B達(dá)到平衡時(shí)吸收的熱量多，故答案為：+120KJ·mol-1，B。

（2）①K2=c（CO32-）c（H+）/c（HCO3-）=5×1011，則c（H+）=K2c（HCO3-）/c（CO32-），當(dāng)c（HCO3）=c（CO32），c（H+）=5×1011，pH在10.3，如果溶液pH=13，則c（HCO3）＜c（CO32），所以該溶液中所得的陰離子為CO32，K2=c（CO32-）c（H+）/c（HCO3-）=5×1011，且所得溶液中c（HCO3）∶c（CO32）=2∶1，c（H+）=K2c（HCO3-）/c（CO32-）=5×1011×2=1×1010，pH=10，故答案為：CO32，10。

②當(dāng)2molCO2通入3molNaOH被吸收時(shí)，則發(fā)生反應(yīng)：2CO2+3OH-=CO32-+HCO3-+H2O，結(jié)合CO32-+H2OHCO3-+OH-，HCO3-+H2OH2CO3+OH-分析。

a.溶液呈電中性，溶液中陰、陽(yáng)離子所帶電荷相等，所以c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-），故a錯(cuò)誤；

b.n（CO32-）+n（HCO3-）+n（H2CO3）=2mol，n（Na+）=3mol，又存在①CO32-+H2OHCO3-+OH-，②HCO3-+H2OH2CO3+OH-，水解程度①＞②且水解程度都較小，則c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-），則有c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），故b正確；

c.n（CO32-）+n（HCO3-）+n（H2CO3）=0.1mol，n（Na+）=0.15mol，根據(jù)物料守恒得，2C（Na+）=3[c（H2CO3）+c（HCO3-）+c（CO32-）]，故c錯(cuò)誤。

故答案為：b。

（3）由圖可知，在負(fù)極上CO與CO32失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，電極方程式為： CO-2e-+CO32=2CO2，在電極乙上通入CO2以觸發(fā)反應(yīng)，故答案為：CO-2e-+CO32=2CO2，乙。