Question

（2012?潮州二模）為減少和消除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．甲醇是一種可再生燃料，它的沸點為64.7℃．有科學家提出綠色構想：把含有CO₂的空氣或工業尾氣通入碳酸鉀溶液中，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應后得到甲醇，其構想流程如下：（相對原子質量：C-12  O-16   Ca-40   Ba-137）

試回答下列問題：
（1）寫出分解池中發生反應的化學方程式

2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+CO₂↑+H₂O

．
（2）在2×10⁵Pa、300℃合成塔中，若有CO₂與H₂反應生成32g甲醇和水，放出49.5kJ的熱量，試寫出合成塔中發生反應的熱化學方程式：

CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1

_

刪去此空

．
（3）在合成塔中發生的是放熱反應，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

該溫度下催化劑的活性最高（較低溫時反應速率過慢，生產效率低）

；若要提高甲醇的產率，可采取的措施有（寫2條）：

降溫

、

加壓或將水和甲醇從混合體系中分離出來

．
（4）甲醇的一個重要作用是制燃料電池，常用KOH作電解質溶液，負極的電極反應式為：

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 （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K=

4.2×10^-7 mol?L^-1

（計算結果保留2位有效數字，己知10^-5.6=2.5×10^-6）．
（6）某同學擬用沉淀法測定空氣中CO₂的體積分數，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度積常數分別為4.96×10^-9、2.58×10^-9，該同學應該選用較合適的試劑是

AD

（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

分析：（1）二氧化碳通入飽和碳酸鉀溶液的吸收池中反應生成碳酸氫鉀，高溫水蒸氣條件下分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水；
（2）依據熱化學方程式書寫方法，計算對應量下的反應熱，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；寫出熱化學方程式；
（3）依據反應速率和催化劑的活性分析判斷；根據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極失去電子發生氧化反應，氧氣在正極得到電子發生還原反應；依據氧化還原反應電子守恒和電荷守恒，注意電解質溶液的環境因素寫出電極反應；
（5）根據飽和溶液中PH計算氫離子濃度和碳酸氫根離子濃度，依據電解質電離平衡常數的概念計算；
（6）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）依據流程圖分析判斷，分解池中發生的反應為碳酸氫鉀分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）根據CO₂與足量H₂恰好完全反應生成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）在合成塔中發生的是放熱反應，高溫不利于甲醇的生成，較低溫時反應速率過慢，生產效率低，合成塔中維持300℃的較高溫度的原因提高反應速率，催化劑在此溫度下活性最大，反應是放熱反應，氣體體積減小的反應，依據平衡移動原理可知反應正向進行提高甲醇的產率，
故答案為：該溫度下催化劑的活性最高；降溫；加壓或將水和甲醇從混合體系中分離出來；
（4）燃料電池是燃料在負極失去電子發生氧化反應，氧氣在正極得到電子發生還原反應；依據氧化還原反應電子守恒和電荷守恒，堿性電解質溶液中電極反應為：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K=

c(H+)c(HCO3-)

c(H2CO3)

=

10-5.6×10-5.6

1.5×10-5

=

2.5×10-6×2.5×10-6

1.5×10-5

=4.2×10^-7mol?L^-1，故答案為：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（6）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，測定的數據除空氣的體積外，還需要測定實驗時的溫度、壓強、沉淀的質量，故答案為：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液），故答案為：AD．

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、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．