Question

6．CO₂是一種溫室氣體，據(jù)科學(xué)家預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)中葉，全球氣溫將升高1.5-4.5℃，地球氣溫的升高會(huì)引起海平面升高，對(duì)人類的生存環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響．如何合理地利用CO₂是擺在科學(xué)家面前的一個(gè)重大課題．回答下列問題：
（1）工業(yè)上利用高溫、高壓條件，可用CO₂與NH₃合成尿素[CO（NH₂）₂]，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O．
（2）一定條件下，不同量的CO₂與不同量的NaOH充分反應(yīng)放出的熱景如下表所示：

	CO2的量	NaOH溶液的量	放出的熱量
①	22.0g	750mL1.0mol•L-1	xkJ
②	1.0mol	2.0mL1.0mol•L-1	ykJ

寫出該條件下CO₂與NaOH溶液反應(yīng)生成NaHCO₃的熱化學(xué)反應(yīng)方程式NaOH（aq）+CO₂（g）═NaHCO₃（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol．
（3）在一定溫度和催化劑作用下，可將CO₂轉(zhuǎn)化為燃料CH₄，反應(yīng)方程式為CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H． 300℃時(shí)，一定量的CO₂和H₂混合氣體在容積為2L的恒容密閉容
器中發(fā)生上述反應(yīng)，5min后達(dá)到平衡，此時(shí)各物質(zhì)的濃度如下表：

物質(zhì)	CO2（g）	H2（g）	CH4（g）	H2O（g）
濃度/mol•L-1	0.2	0.8	a	1.6

則平衡時(shí)容器中的甲烷的物質(zhì)的量再（CH．）=1.6mol．從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（CH₄）=0.16mol/（L•min）．500℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=16，則該反應(yīng)韻△H＜（填“＞”或“＜”）0．
（4）CO₂還可用于生產(chǎn)甲醇，一定條件下，發(fā)生反應(yīng)CO₂ （g）+3H（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H．①在容積為2L的恒容密閉容器中，通入2molCO₂和3mol H₂發(fā)生上述反應(yīng)，下鍘碳法能夠表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是de（填字母）．
a．消耗3mol H₂（g）時(shí)，有l(wèi)mol CH₃OH（g）生成
b．轉(zhuǎn)移3mol電子時(shí)，反應(yīng)的CO₂為11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）
c．體系中氣體的密度不變
d．水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變
e．單位時(shí)間內(nèi)生成H₂（g）與生成H₂O（g）的物質(zhì)的量之比為3：1
②用多孔石墨作電極，30% KOH溶液作電解質(zhì)溶液，可設(shè)計(jì)如圖甲所示的甲醇燃料電池，該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．若將該燃料電池與電解飽和食鹽水的裝置進(jìn)行串聯(lián)（如圖），當(dāng)有0.12mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，斷開電源，將溶液冷卻至室溫，測(cè)得食鹽溶液為120mL，則此時(shí)乙裝置中溶液的pH=14假設(shè)食鹽水中有足量的NaCl，且Cl₂完全逸出）．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)上利用高溫、高壓條件，可用CO₂與NH₃合成尿素[CO（NH₂）₂]，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）根據(jù)題意可知，22gCO₂通入1mol•L^-1NaOH溶液750mL中充分反應(yīng)，測(cè)得反應(yīng)放出xkJ的熱量，寫出熱化學(xué)反應(yīng)方程式，再利用1mol CO₂通入2mol•L^-1NaOH溶液2L中充分反應(yīng)放出y kJ的熱量寫出熱化學(xué)反應(yīng)方程式，最后利用蓋斯定律來(lái)書寫CO₂與NaOH溶液反應(yīng)生成NaHCO₃的熱化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)生成物水的濃度可得甲烷的濃度，則n（CH₄）=c（CH₄）×V，v（CH₄）=$\frac{△c（CH4）}{△t}$，再根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念計(jì)算300℃時(shí)的K，根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響與500℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K比較可得反應(yīng)的△H；
（4）①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各組分含量保持不變分析；
②甲醇的電極為負(fù)極，甲醇失電子，甲醇燃燒生成 CO₂，CO₂在氫氧化鉀溶液中以KCO₃形式存在，因此負(fù)極電極式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)計(jì)算乙裝置中氫離子濃度，可得pH．

解答 解：（1）工業(yè)上利用高溫、高壓條件，可用CO₂與NH₃合成尿素[CO（NH₂）₂]，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
故答案為：CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）根據(jù)題意，22gCO₂通入1mol•L^-1NaOH溶液750mL中充分反應(yīng)，n（CO₂）=22g÷44g/mol=0.5mol，n（NaOH）=1mol•L^-1×0.75L=0.75mol，該反應(yīng)既生成碳酸鈉又生成碳酸氫鈉，方程式為2CO₂+3NaOH═NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，由0.5molCO₂反應(yīng)放出熱量為xKJ，則2molCO₂反應(yīng)放出熱量為4xKJ，即熱化學(xué)反應(yīng)方程式為①2CO₂（g）+3NaOH（aq）═NaHCO₃ （aq）+Na₂CO₃（aq）+H₂O（l）△H=-4xKJ/mol，又1mol CO₂通入2mol•L^-1NaOH溶液2L中充分反應(yīng)放出y kJ的熱量，則熱化學(xué)方程式為②2NaOH（aq）+CO₂（g）═Na₂CO₃（aq）+H₂O（l）△H=-yKJ/mol，由蓋斯定律可知，①-②可得，NaOH（aq）+CO₂（g）═NaHCO₃（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol；
故答案為：NaOH（aq）+CO₂（g）═NaHCO₃（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol；
（3）由表可知，300℃時(shí)，c（H₂O）=1.6mol/L，則c（CH₄）=$\frac{1}{2}$c（H₂O）=0.8mol/L，n（CH₄）=0.8mol/L×2L=1.6mol；v（CH₄）=$\frac{0.8mol/L}{5min}$=0.16mol/（L•min）；300℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{1．{6}^{2}×0.8}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，500℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=16，說明溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，說明反應(yīng)是個(gè)放熱反應(yīng)，△H＜0；
故答案為：1.6mol；0.16mol/（L•min）；＜；
（4）①反應(yīng)CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）：
a．無(wú)論反應(yīng)進(jìn)行到何種時(shí)候，都有消耗3mol H₂（g）時(shí)有l(wèi)mol CH₃OH（g）生成，故a錯(cuò)誤；
b．任何時(shí)刻轉(zhuǎn)移3mol電子時(shí)，反應(yīng)的CO_2均為11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），故b錯(cuò)誤；
c．混合氣體的總質(zhì)量不變，恒容容器混合氣體的體積不變，則體系中氣體的密度一直不變，故c錯(cuò)誤；
d．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)增大，平衡時(shí)，保持不變，故d正確；
e．單位時(shí)間內(nèi)生成H₂（g）與生成H₂O（g）的物質(zhì)的量之比為3：1，說明正你反應(yīng)速率相等，反應(yīng)平衡，故e正確；
故答案為：de；
②甲醇的電極為負(fù)極，甲醇失電子，甲醇燃燒生成 CO₂，CO₂在氫氧化鉀溶液中以KCO₃形式存在，因此負(fù)極電極式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；乙裝置中陰極的反應(yīng)為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，0.12mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則生成的氫氧根離子也為0.12mol，c（OH^-）=$\frac{0.12mol}{0.12L}$=1mol/L，故c（H⁺）=$\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1}$=10^-14，則pH=-lgc（H⁺）=14；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；14．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式的書寫和計(jì)算，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷及有關(guān)計(jì)算、電化學(xué)的電極反應(yīng)式及計(jì)算，題目難度不大，是高考常見題型，注意掌握基礎(chǔ)、電化學(xué)中計(jì)算根據(jù)電子守恒的計(jì)算方法．