Question

【題目】低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，低碳循環正成為科學家研究 的主要課題。最近有科學家提出構想：把空氣吹 入飽和碳酸鉀溶液，然后再把CO2從溶液中提取 出來，經化學反應后使之變為可再生燃料甲醇。 該構想技術流程如下：

（1）向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是________________。

（2）已知在常溫常壓下：

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

則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為______________。

（3）依據甲醇燃燒的反應原理。設計如右圖所示的電池裝置。該裝置負極的電極反應式為____________。

（4）已知Ksp（CaCO3）＝2.8×10－9mol2·L－2．現將CaCl2溶液與0.02 mol·L－1Na2CO3溶液等體積混合，生成CaCO3沉淀時，所需CaCl2溶液的最小物質的量濃度為_____________。

（5）CO（g）和H2O（g）在一定條件下反應可得到清潔燃料H2。將不同量的CO（g）和H2O（g）分別通入到體積為2 L的恒容密閉容器中發生反應：CO（g）＋H2O（g）=CO2（g）＋H2（g），不同溫度下得到三組數據：

①實驗1前6 min的反應速率v（CO2）＝___________（保留小數點后兩位，下同）。

②實驗2條件下平衡常數K＝_____________。

③該反應的△H____________0 （填“＜”或“＞”＝。）

④實驗3中，若平衡時的轉化率α（CO）＞α（H2O），則a/b的取值范圍是_______________。

Answer 1

【答案】（1）提供高溫環境使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】

試題分析：（1）KHCO3受熱易分解，向分解池中通入高溫水蒸氣，提供高溫環境使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

依據蓋斯定律（①-②+③×4）/2即可得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+4H2O(l) △H=-442.8kJ/mol；

（3）甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的電池裝置，甲醇在負極失電子發生氧化反應，電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

（4）Na2CO3溶液的濃度為0.02mol/L，等體積混合后溶液中c（CO32-）=0.5×0.02mol/L=0.01mol/L，根據Ksp=c（CO32-）c（Ca2+）=2.8×10-9可知，c（Ca2+）=2.8×109/0.01mol/L=2.8×10-7mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca2+）的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小濃度為2×2.8×10-7mol/L=5.6×10-7mol/L；

（5）①v（CO2）=v（CO）==0.13 mol/（L．min）；

②實驗2中達到平衡時，c（CO2）=c（H2）=0.4mol÷2L=0.2mol/L，c（CO）=1.6mol÷2L=0.8mol/L，c（H2O）=（1mol0.4mol）÷2L=0.3mol/L，K=（0.2×0.2）/（0.8×0.3）≈0.17；

③根據CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）可知壓強對平衡移動無影響，如果在650℃，H2O、CO的物質的量改為1mol、2mol，達到平衡時CO的物質的量應為1.2mol，而900℃時CO的物質的量應為1.6mol，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，即△H＜0；

④由于CO與H2O的化學計量數相等都為1，所以當兩者物質的量相等時二者轉化率相等．要使CO轉化率大于H2O的轉化率，則增大H2O的物質的量，即a/b的值小于1，所以a/b的取值范圍是0＜a/b＜1。