Question

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，低碳循环正成为科学家研究 的主要课题。最近有科学家提出构想：把空气吹 入饱和碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取 出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇。 该构想技术流程如下：

（1）向分解池中通入高温水蒸气的作用是________________。

（2）已知在常温常压下：

①2CH₃OH（l）＋3O₂（g）＝2CO₂（g）＋4H₂O（g）   △H＝－1275.6 kJ·mol^－1

②2CO（g）＋O₂（g）＝2CO₂（g）  △H＝－566.0 kJ·mol^－1

③H₂O（g）＝H₂O（l）    △H＝－44.0 kJ·mol^－1

则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为______________。

（3）依据甲醇燃烧的反应原理。设计如右图所示的电池装置。该装置负极的电极反应式为____________。

（4）已知Ksp（CaCO₃）＝2.8×10^－9mol²·L^－2．现将CaCl₂溶液与0.02 mol·L^－1Na₂CO₃溶液等体积混合，生成CaCO₃沉淀时，所需CaCl₂溶液的最小物质的量浓度为_____________。

（5）CO（g）和H₂O（g）在一定条件下反应可得到清洁燃料H₂。将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应：CO（g）＋H₂O（g）=CO₂（g）＋H₂（g），不同温度下得到三组数据：

①实验1前6 min的反应速率v（CO2）＝___________（保留小数点后两位，下同）。

②实验2条件下平衡常数K＝_____________。

③该反应的△H____________0 （填“＜”或“＞”＝。）

④实验3中，若平衡时的转化率α（CO）＞α（H2O），则a/b的取值范围是_______________。

Answer

（1）提供高温环境使KHCO3分解；

（2）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+4H2O(l) △H=-442.8kJ/mol；

（3）CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；（4）5.6×10-7mol/L；

（5）①0.13mol/(L·min)②0.17③<④

【解析】

试题分析：（1）KHCO3受热易分解，向分解池中通入高温水蒸气，提供高温环境使KHCO3分解；

（2）已知：①2CH3OH（l）＋3O2（g）＝2CO2（g）＋4H2O（g） △H＝－1275.6 kJ·mol－1

②2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g） △H＝－566.0 kJ·mol－1

③H2O（g）＝H2O（l） △H＝－44.0 kJ·mol－1

依据盖斯定律（①-②+③×4）/2即可得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+4H2O(l) △H=-442.8kJ/mol；

（3）甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

（4）Na2CO3溶液的浓度为0.02mol/L，等体积混合后溶液中c（CO32-）=0.5×0.02mol/L=0.01mol/L，根据Ksp=c（CO32-）•c（Ca2+）=2.8×10-9可知，c（Ca2+）=2.8×10−9/0.01mol/L=2.8×10-7mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca2+）的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小浓度为2×2.8×10-7mol/L=5.6×10-7mol/L；

（5）①v（CO2）=v（CO）==0.13 mol/（L．min）；

②实验2中达到平衡时，c（CO2）=c（H2）=0.4mol÷2L=0.2mol/L，c（CO）=1.6mol÷2L=0.8mol/L，c（H2O）=（1mol−0.4mol）÷2L=0.3mol/L，K=（0.2×0.2）/（0.8×0.3）≈0.17；

③根据CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）可知压强对平衡移动无影响，如果在650℃，H2O、CO的物质的量改为1mol、2mol，达到平衡时CO的物质的量应为1.2mol，而900℃时CO的物质的量应为1.6mol，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0；

④由于CO与H2O的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等．要使CO转化率大于H2O的转化率，则增大H2O的物质的量，即a/b的值小于1，所以a/b的取值范围是0＜a/b＜1。

考点：考查盖斯定律的应用、原电池原理、反应速率的计算、平衡常数的计算与运用、溶度积的有关计算等