Question

2009年12月7日一18日在丹麥?zhǔn)锥几绫竟�根召開的聯(lián)合國氣候會議，就未來應(yīng)對氣候變化的全球行動簽署新的協(xié)議．而如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．為減小和消除CO₂對環(huán)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(xué)家加強了對CO₂創(chuàng)新利用的研究．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進行如下實驗：
某溫度下，在容積為2L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3.25mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的物質(zhì)的量（n）隨時間變化如右圖所示：
①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.1125mol/（L?min）

．
②下列措施中一定不能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是：

D

．
A．降低溫度    B．縮小容器的容積    C．將水蒸氣從體系中分離   D．使用更有效的催化劑
（2）常溫常壓下，飽和CO ₂水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×l0^-5mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的電離平衡常數(shù)K=

4.2×10^-7

．（已知：10 ^-5.6=2.5×l0^-6）．
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將1.12LCO₂通入100mL 1mol?L^-1的NaOH溶液中，所得溶液中離子濃度由大到小的順序為

c（Na⁺）＞c（CO^2-₃）＞c（OH^-）＞c（HCO^-₃）＞c（H⁺）

；
（4）如圖是乙醇燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，則a處通入的是

乙醇

（填“乙醇”或“氧氣”），
b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是：

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

5.6×10^-5mol/L

．

Answer 1

分析：（1）①反應(yīng)的方程式為CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O，根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算氫氣的反應(yīng)速率；
②根據(jù)平衡移動方向分析；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)K（H₂CO₃）=

c(HCO - 3 )c(H+)

c(H2CO3)

計算；
（3）1.12LCO₂通入100mL1mol/L的NaOH溶液反應(yīng)后生成0.05molNa₂CO₃，CO₃^2-水解水解，溶液呈堿性，以此判斷離子濃度大小；
（4）在堿性電解質(zhì)溶液中通入乙醇，乙醇應(yīng)為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，乙醇被氧化為CO₃^2-離子，氧氣在正極通入，被還原為OH^-，正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（5）根據(jù)溶度積常數(shù)計算Ca²⁺離子的濃度．

解答：解：（1）①反應(yīng)的方程式為CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O，反應(yīng)中v（H₂）=3v（CO₂）=

(1-0.25)mol 2L

10min

×3=0.1125mol/（L?min），
故答案為：0.1125mol/（L?min）；
②A、該反應(yīng)的反應(yīng)熱未知，所以無法判斷，故A錯誤；
B、縮小容器的容積，則壓強增大，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，n（CH₃OH）增大，n（CO₂）減小，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故B錯誤；
C、將水蒸氣從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（CH₃OH）增大，n（CO₂）減小，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C錯誤；
D、使用更有效的催化劑，縮短到達平衡的時間，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D正確．
故答案為：D；
（2）K（H₂CO₃）=

c(HCO - 3 )c(H+)

c(H2CO3)

=

10-5.6×10-5.6

1.5×10-5

=4.2×10^-7，故答案為：4.2×10^-7；
（3）1.12LCO₂通入100mL1mol/L的NaOH溶液反應(yīng)后生成0.05molNa₂CO₃，CO₃^2-水解，溶液呈堿性，溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），
鹽水解程度較小，則c（CO₃^2-）＞c（OH^-），水中OH^-來源于CO₃^2-水解及水的電離，則（OH^-）＞c（HCO₃^-），水的電離程度很小c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故為c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
（4）在堿性電解質(zhì)溶液中通入乙醇，乙醇應(yīng)為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，乙醇被氧化為CO₃^2-離子，氧氣在正極通入，被還原為OH^-，正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：乙醇；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（5）等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合時，碳酸鈉溶液的濃度變?yōu)?×10^-4mol/L，根據(jù)溶度積常數(shù)計算，c（Ca²⁺）=

KSP(CaCO3)

C(CO32-)

=

2.8×10-9

1×10-4

=2.8×10^-5mol/L，因為是等體積混合，所以混合前溶液的濃度是混合后的2倍，所以混合前溶液的濃度為2.8×10^-5mol/L×2=5.6×10^-5mol/L．
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、鹽類的水解、原電池以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡的等知識，題目難度較大，本題易錯點為平衡移動和離子濃度大小的比較兩個問題，做題時注意把握做題的方法．