Question

(18分)能源的開發和利用是當前科學研究的重要課題。
(1)利用二氧化鈰(CeO2)在太陽能作用下前實現如下變廢為寶的過程：
mCeO₂ (m-x)CeO₂xCe+xO₂
(m-x)CeO₂xCe+xH₂O+xCO₂mCeO₂+xH₂+xCO
上述過程的總反應是           ,該反應將太陽能轉化為         。
(2)CO、O₂和KOH溶液構成的燃料電池的負極電極反應式為               。該電池反應可獲得K₂CO₃溶液，某溫度下0.5molL^-1 K₂CO₃溶液的pH=12，若忽略CO₃^2-的第二級水解，則CO₃^2- +H₂OHCO₃^-+OH^-的平衡常熟K_h=        。
(3)氯堿工業是高耗能產業，下列將電解池與燃料電池相組合的工藝可以節能30％以上。

①電解過程中發生反應的離子方程式是            ，陰極附近溶液PH      (填“不變”、“升高”或“下降”)。
②如果粗鹽中SO₄^2-含量較高，精制過程需添加鋇試劑除去SO₄^2-，該鋇試劑可選用下列試劑中的        。
a．Ba(OH)₂    b．Ba(NO₃)₂    c．BaCl₂
現代工藝中更多使用BaCO₃除SO₄^2-，請寫出發生反應的離子方程式       。
③圖中氫氧化鈉溶液的質量分數a％ b％(填“>”、‘‘=”或“<”)，，燃料電池中負極上發生的電極反應為                。

Answer 1

（18分）
（1）H₂O + CO₂ =H₂ + CO + O₂（2分）    化學能（1分）
（2）CO – 2e^- +4OH^- = CO₃^2- + 2H₂O（2分）    2×10^-4 mol·L^-1（2分）
（3）①2Cl^-+2H₂O  Cl₂↑+ H₂↑+2OH^-（2分）    升高（1分）     
②  ac（2分）  BaCO₃(s)+ SO₄^2-(aq) = BaSO₄ (s)+ CO₃^2-(aq)（2分）
③  <（2分）   H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O （2分）

解析試題分析：（1）兩式相加可得總反應方程式：H₂O + CO₂ =H₂ + CO + O₂；通過該反應把太陽能轉化為了化學能。
（2）在堿性條件下，CO失電子轉化為CO₃²?，電解方程式為：CO – 2e^- +4OH^- = CO₃^2- + 2H₂O；溶液的pH=12，則c(OH?)=0.01mol?L?¹，若忽略CO₃^2-的第二級水解，c(HCO₃?)=0.01mol?L?¹，則K_h=c(HCO₃?)?c(OH?)/c(CO₃²?)= 0.01mol?L?¹×0.01mol?L?¹/0.5mol?L?¹= 2×10^-4 mol·L^-1。
（3）①電解食鹽水生成H₂、H₂和NaOH，所以離子方程式為：2Cl^-+2H₂O  Cl₂↑+ H₂↑+2OH^-；陰極上H₂O電離出的H⁺得電子生成H₂，使H₂O的電離平衡向右移動，OH?濃度增大，所以pH升高。
②Ba(OH)₂可與SO₄²?反應，OH?可加鹽酸除去，BaCl₂可與SO₄²?反應，而且不引入新雜質，Ba(NO₃)₂能與SO₄²?反應，但NO₃?無法除去，故ac正確；BaCO₃轉化為更難溶的BaSO₄，離子方程式為：BaCO₃(s)+ SO₄^2-(aq) = BaSO₄ (s)+ CO₃^2-(aq)。
③在燃料電池中，氧氣作正極，所以通入空氣的極是正極，O₂得電子生成OH?，通入燃料的電極是負極，消耗OH?，所以a% < b%；負極是燃料氫氣發生失電子的氧化反應，電極反應式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O。
考點：本題考查電解池和原電池原理、平衡常數計算、方程式的書寫。