Question

空氣中CO₂濃度的持續(xù)走高已經(jīng)引起人們的高度重視，科學(xué)家們指出大氣中二氧化碳的持續(xù)上升不僅會使全球變暖，還會對全球，改變著海水中溶解的無機碳（CO₂、HCO₃^-、CO₃^2-）的濃度與比例．中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
（1）已知：常溫下CO₃^2-反應(yīng)的平衡常數(shù)為2×10^-4，海水的pH值約為8，則海水中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=

 

．
（2）工業(yè)上常用高濃度的K₂CO₃溶液吸收CO₂得溶液X，再利用電解法使K₂CO₃溶液再生，其裝置示意圖如右圖：
在陽極發(fā)生的反應(yīng)包括

 

和H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑．該交換膜應(yīng)用在

 

離子交換膜（填“陰或陽”）；
（3）再生裝置中產(chǎn)生的CO₂和H₂在一定條件下反應(yīng)生成甲醇等產(chǎn)物，工業(yè)上利用該反應(yīng)合成甲醇實現(xiàn)碳循環(huán)．
已知：在一定條件下
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
寫出該條件下CO₂與H₂體積之比1：3置于密閉容器中發(fā)生以上反應(yīng)，能說明該反應(yīng)能達到平衡的是

 

A．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不能改變的狀態(tài)
B．體系中碳元素的百分含量不再變化
C．單位時間內(nèi)消耗3 molH₂，同時生產(chǎn)2 mol C=O
D．CO₂和H₂的體積比保持不變．

Answer 1

考點：用化學(xué)平衡常數(shù)進行計算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,電解原理

專題：

分析：（1）根據(jù)水解平衡常數(shù)和pH值約為8，再根據(jù)水的離子積常數(shù)計算c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）；
（2）陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；碳酸氫根離子程度電離平衡、氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子，來確是陰陽離子交換膜；
（3）根據(jù)蓋斯定律計算；和化學(xué)平衡狀態(tài)的特征來分析解答．

解答： 解：（1）碳酸鉀是強堿弱酸鹽，能發(fā)生兩步水解，第一步水解生成碳酸氫根離子和氫氧根離子，水解方程式為：CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-；ccKh=

c(HC O - 3 )?c(OH-)

c(C O 2- 3 )

，而PH值為8，所以c（OH^-）=10^-6mol/L，所以c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=

2×10-4

10-6

=2×10²，故答案為：2×10²；
（2））陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應(yīng)生成CO₃^2-，CO₃^2-再生，所以碳酸氫根離子可以自由通過，即是陰離子交換膜，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；陰；
（3）①H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol①
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol②
將方程式3①-②得CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol，
A．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不能改變的狀態(tài)，說明各物質(zhì)的量不變，正逆反應(yīng)速率相等，故正確；
B．質(zhì)量守恒知，體系中碳元素的百分含量一直不再，故錯誤；
C．單位時間內(nèi)消耗3 molH₂，等效于消耗2 mol C=O同時生產(chǎn)2 mol C=O，所以達平衡狀態(tài)，故正確；
D．CO₂和H₂的體積比保持不變，因為是1；3投料反應(yīng)，消耗也是1：3，所以整個過程中兩者的體積之比不變，故錯誤；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；AC．

點評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識點，根據(jù)蓋斯定律的內(nèi)涵、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征來分析解答，難點是電極反應(yīng)式的書寫，難度中等．