Question

碳及其化合物广泛存在于自然界中，试回答下列问题：

(1)某处碳循环如图所示，CaCO₃转化为HCO₃^-的离子方程式为_____________。

(2)常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，无机碳在浓液中以4种形式存在，其转化关系如下:

①CO₂(g)+H₂OH₂CO₃   K=10^-2.8

②H₂CO₃H⁺+HCO₃^-   K₁=10^-3.5，

③HCO₃^-H⁺+CO₃^2-      K₂=10^-10.3，

若溶液中。c(CO₂)=1.0×10^-5mol/L，且忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则溶液pH=_____。

(3)某化学小组为了测量湖水中无机碳的含量，量取 100mL湖水，酸化后用N₂吹出CO₂，再用NaOH溶液吸收，将吸收液用0.10mol/L盐酸滴定，生成的V(CO₂)随V (盐酸)变化关系如图2所示，则吸收液中离子浓度由大到小的顺序为______________(不用写出H+)，湖水中无机碳的浓度为_______mol/L。

(4)—定条件下，CO₂和H₂O可以转化为CO和H₂，通过反应：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)制备甲醇，若起始时在密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H₂，测得平衡时CO转化率a (CO)随T、P的变化关系如图3所示。

①P₁__P₂(填“大于”、“小于”或“等于”)；

②该反应在195℃、P₂条件下达到平衡后，c(H₂)=0.5 mol/L ，则该反应的平衡常数为______。

③已知CH₃OH和CO的燃烧热分别725.8kJ/mol、283.0 kJ/mol，1mol液态水变成气态水吸热44.0kJ，写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：_________________。

(5)用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图4，则c电极的反应方程式为:_______________ 。

Answer

CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3- 5.65 c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-) 0.01 小于 4 CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(g) ΔH=-354.8kJ∕mol CH3OH-6e- +H2O = CO2 +6H+

【解析】 (1)根据图示，碳酸钙与二氧化碳反应生成HCO3-的离子方程式为CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3-，故答案为：CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3-；

(2)设溶液pH为x，根据①CO2(g)+H2OH2CO3 K=10-2.8，②H2CO3H++HCO3- K1=10-3.5，c(CO2)=1.0×10-5mol/L，则K=10-2.8=，K1=10-3.5= ，因此K×K1== =10-6.3，解得x=5.65，故答案为：5.65；

(3)根据图像，先后发生的反应为：①OH-+ H+= H2O；②CO32-+ H+= HCO3-；③HCO3-+ H+= CO2 ↑+ H2O，反应③中消耗盐酸10mL，说明含有HCO30.001mol，说明反应②中消耗盐酸10mL，反应①中消耗盐酸10mL，说明含有OH-0.001mol，因此吸收液中含有0.001molNaOH和0.001molNa2CO3，吸收液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-)，湖水中无机碳的浓度为 = 0.01mol/L，故答案为：c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-) ；0.01；

(4)①根据CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，相同温度条件下，压强越大，CO的转化率越大，根据图像，P1＜P2，故答案为：小于；

②起始时在密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，平衡后，c(H2)=0.5 mol/L ，则c(CO)=0.25 mol/L ，c(CH3OH)=0.25 mol/L ，该反应的平衡常数K= =4，故答案为：4；

③由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-725.8kJ•mol-1，1mol液态水变成气态水吸热44.0kJ，则①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1 ，②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-725.8kJ•mol-1 ，③H2O(l)= H2O(g) ΔH=+44.0kJ∕mol，由盖斯定律可知用②-①+③得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(g)，该反应的反应热△H=-726.5kJ/mol-(-283.0kJ/mol)+(+44.0kJ∕mol)= -354.8kJ•mol-1，故答案为：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(g)△H=-354.8kJ•mol-1；

(5)根据电子移动的方向，c为负极，甲醇具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO2，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。

点睛：本题考查了热化学方程式的书写和盖斯定律的应用，化学平衡的影响因素分析判断，图象分析应用能力，原电池电极反应书写方法。本题的难点是(2)，要注意根据平衡常数间的关系进行推导计算。