Question

為減小和消除過量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(qiáng)了對CO₂創(chuàng)新利用的研究．最近有科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把CO₂經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而富集，使之變?yōu)榭稍偕�燃料，如甲醇、甲醚等�?BR>（1）已知甲醚的燃燒熱為A kJ/mol，H₂的燃燒熱為B kJ/mol．在合成塔中，CO₂與H₂在一定條件下生成液態(tài)甲醚和液態(tài)水，試寫出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）以甲醇為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂，負(fù)極通入甲醇，用熔融金屬氧化物MO作電解質(zhì)．該電池負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是

 

；放電時(shí)，O^2-移向電池的

 

（填“正”或“負(fù)”）極．用這樣的電池電解足量的硫酸銅溶液，一段時(shí)間后，（不考慮任何的損耗）消耗的O₂與生成的H⁺物質(zhì)的量之比

 

．
（3）常溫常壓下，飽和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K=

 

．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
（4）常溫下，0.1mol?L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，則溶液中c（H₂CO₃）

 

c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析：（1）寫出氫氣燃燒熱和甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到熱化學(xué)方程式；
（2）燃料電池可燃物在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣再正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)原電池原理，正極O₂得到電子生成負(fù)極O^2-；電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)．陽極電子守恒和電極反應(yīng)計(jì)算；
（3）電離平衡常數(shù)指弱電解質(zhì)在一定條件下電離達(dá)到平衡時(shí)，溶液中電離所生成的各種離子濃度系數(shù)次冪的乘積，跟溶液中未電離分子的濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K=

c(H+)c(HCO3-)

c(H2CO3)

；
（4）依據(jù)溶液呈堿性，判斷碳酸氫根離子水解程度大于電離程度分析判斷離子濃度大小．

解答：解：（1）甲醚的燃燒熱化學(xué)方程式為：①CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-AKJ/mol，
氫氣的燃燒熱化學(xué)方程式為：②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-BKJ/mol，
由蓋斯定律可知②×6-①得到CO₂與H₂在一定條件下生成液態(tài)甲醚和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（l）+3H₂O（l）△H=（A-6B）KJ/mol，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（l）+3H₂O（l）△H=（A-6B）KJ/mol；
（2）以甲醇為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂，負(fù)極通入甲醇，用熔融金屬氧化物MO作電解質(zhì)，正極O₂得到電子生成O^2-：負(fù)極電極反應(yīng)為：O₂+4e^-=2O^2-，甲醇失電子和氧離子生成二氧化碳和水，正極電極反應(yīng)為：2CH₃OH-12e^-+6O^2-═2CO₂+4H₂O；電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)；用這樣的電池電解足量的硫酸銅溶液，一段時(shí)間后，（不考慮任何的損耗）消耗的O₂與生成的H⁺物質(zhì)的量之比可以利用電解反應(yīng)中的電子守恒計(jì)算得到：原電池負(fù)極電極反應(yīng)：O₂+4e^-=2O^2-；電解池中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，破壞水的電離平衡，氫氧根離子減少和溶液中生成氫離子相同，電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；4H⁺～4OH^-～O₂～4e^-；消耗的O₂與生成的H⁺物質(zhì)的量之比為1：4，
故答案為：2CH₃OH-12e^-+6O^2-═2CO₂+4H₂O；負(fù)；1：4；
（3）飽和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1，
則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)，K=飽和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1，
則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)，K=

c(H+)c(HCO3-)

c(H2CO3)

=

2.5×10-6×2.5×10-6

1.5×10-5

=4.2×10^-7 mol?L^-1，
故答案為：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（4）常溫下，0.1mol?L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，碳酸氫根離子水解大于電離程度，c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），故答案為：＞．

點(diǎn)評：本題考查熱化學(xué)方程式的書寫，電極方程式的書寫與電子守恒計(jì)算應(yīng)用，平衡常數(shù)的計(jì)算，鹽類水解的分析判斷，要能根據(jù)題目所給信息解題，善于發(fā)掘題目信息，題目難度中等．