Question

最近有科學(xué)家提出“綠色自由”的構(gòu)想：把含有CO₂的空氣吹入K₂CO₃溶液中，然后再用高溫水氣分解出CO₂，經(jīng)與H₂化合后轉(zhuǎn)變?yōu)榧状既剂希?br />
（1）在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中飽和K₂CO₃溶液的作用是

 

；不用KOH溶液的理由是

 

．
（2）在合成塔中，每44g CO₂與足量H₂完全反應(yīng)生成甲醇時(shí)，可放出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

 

；轉(zhuǎn)化過(guò)程中可循環(huán)利用的物質(zhì)除了K₂CO₃外，還有

 

．
（3）請(qǐng)?jiān)u述合成時(shí)選擇2×10⁵Pa的理由

 

．
（4）BaCO₃的溶解平衡可以表示為 BaCO₃（s）?Ba²⁺+CO₃^2-
①寫出平衡常數(shù)表達(dá)式

 

；
②用重量法測(cè)定空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，選用Ba（OH）₂而不是Ca（OH）₂為沉淀劑，原因之一是：25℃時(shí)，BaCO₃的溶解平衡常數(shù)K=2.58×10^-9，而CaCO₃的溶解平衡常數(shù)K=4.96×10^-9；原因之二是

 

．
（5）某同學(xué)很快就判斷出以下中長(zhǎng)石風(fēng)化的離子方程式未配平：
4Na_0.5Ca_0.5Al_1.5Si_2.5O₆+6CO₂+17H₂O→2Na⁺+2Ca²⁺+5HCO₃^-+4H₄SiO₄+3Al₂SiO₅（OH）₄
該同學(xué)判斷的角度是

 

．
（6）甲醇可制成新型燃料電池，總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4KOH→2K₂CO₃+6H₂O該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e+8OH^-→CO₃^2-+6H₂O則正極的電極反應(yīng)式為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,化學(xué)電源新型電池,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,基本概念與基本理論

分析：（1）碳酸氫鉀不穩(wěn)定，加熱時(shí)分解生成碳酸鉀和二氧化碳、水，碳酸鉀不分解；
（2）4.4kgCO₂的物質(zhì)的量是100mol，100mol二氧化碳和足量氫氣反應(yīng)放出4947KJ熱量，據(jù)此計(jì)算1mol二氧化碳與足量氫氣反應(yīng)放出的熱量，從而寫出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；根據(jù)合成甲醇的方程可知，反應(yīng)生成甲醇和水蒸氣，水蒸氣可以給碳酸氫鉀分解提供能量；
（3）合成甲醇的反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正移；
（4）①溶解平衡方程式書寫平衡常數(shù)表達(dá)式；
②重量法測(cè)定空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)，要求稱量準(zhǔn)確，誤差��；
（5）書寫離子方程式要注意原子守恒和電荷守恒；
（6）堿性甲醇燃料電池中，甲醇在負(fù)極失電子，氧氣在正極得電子．

解答： 解：（1）在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中飽和K₂CO₃溶液的作用是富集二氧化碳，二氧化碳和飽和的碳酸鉀溶液反應(yīng)生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀不穩(wěn)定，加熱時(shí)分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水，KOH溶液與二氧化碳是碳酸鉀，K₂CO₃難分解產(chǎn)生CO₂，
故答案為：富集CO₂；生成的K₂CO₃難分解產(chǎn)生CO₂；
（2）44gCO₂的物質(zhì)的量是1mol，1mol二氧化碳和足量氫氣反應(yīng)放出49.5KJ熱量，所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；根據(jù)合成甲醇的方程可知，反應(yīng)生成甲醇和水蒸氣，水蒸氣可以給碳酸氫鉀分解提供能量，所以轉(zhuǎn)化過(guò)程中可循環(huán)利用的物質(zhì)除了K₂CO₃外，還有水蒸氣；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；水蒸氣；
（3）合成甲醇的反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正移，有利于提高反應(yīng)速率和原料利用率，但是壓強(qiáng)太高對(duì)反應(yīng)的設(shè)備要求很高，又提高了生產(chǎn)成本，所以不能太高；
故答案為：適當(dāng)加壓有利于提高反應(yīng)速率和原料利用率，但壓強(qiáng)太高增大成本；
4）①BaCO₃的溶解平衡可以表示為 BaCO₃（s）?Ba²⁺+CO₃^2-，平衡常數(shù)表達(dá)式為K= c（Ba²⁺）c（CO₃^2-），故答案為：K= c（Ba²⁺）c（CO₃^2-）；
②重量法測(cè)定空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)，要求稱量準(zhǔn)確，誤差小，BaCO₃的式量大，稱量的相對(duì)誤差小，故答案為：BaCO₃的式量大，相對(duì)誤差��；
（5）書寫離子方程式要注意原子守恒和電荷守恒，4Na_0.5Ca_0.5Al_1.5Si_2.5O₆+6CO₂+17H₂O→2Na⁺+2Ca²⁺+5HCO₃^-+4H₄SiO₄+3Al₂SiO₅（OH）₄中電荷不守恒，所以離子方程式錯(cuò)誤，
故答案為：未配平兩邊電荷數(shù)；
（6）堿性甲醇燃料電池中，甲醇在負(fù)極失電子，氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，則正極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e→4OH^-；
故答案為：O₂+2H₂O+4e→4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、電極反應(yīng)式的書寫、溶解平衡等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等，注意燃料電池中電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性．