Question

碳和碳的化合物在生產(chǎn)生活實際中應用廣泛．運用化學反應原理研究碳的氧化物的性質(zhì)具有重要意義．
（1）常溫下，碳酸在水中的電離常數(shù)K_a1=4.2×10^-7，K_a2=5.6×10^-11；次氯酸在水中的電離常數(shù)K_a=4.7×10^-8．寫出向“84消毒液”（主要成分為氯化鈉和次氯酸鈉）中通入二氧化碳發(fā)生反應的離子方程式

 

；
（2）圖1為常用筆記本電腦所用的甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖．電池總反應為2CH₃OH+3O₂  

放電  .

充電

  2CO₂+4H₂O．該裝置放電時

 

（填“a”或“b”）為電池的負極，其電極反應式為

 

；
（3）CO具有還原性，某化學研究小組為證明CO具有還原性，設計了如圖2所示的實驗裝置．
已知：C+H₂O

△   .

CO+H₂   CO+H₂O

△   .

CO₂+H₂   C+CO₂

高溫  .

2CO

試回答下列問題：
①裝置B中最適宜的試劑是

 

，必須用裝置C吸收氣體中的水蒸氣的理由是

 

；
②根據(jù)該實驗中的

 

現(xiàn)象，可證明CO具有還原性；
③若要根據(jù)裝置F中石灰水變渾濁的現(xiàn)象準確確認CO具有還原性，則應在上圖裝置

 

與

 

之間（填字母標號）連接圖3中的

 

裝置（選填序號）．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設計,化學電源新型電池

專題：

分析：（1）依據(jù)電離平衡常數(shù)比較碳酸酸性大于次氯酸，第一步電離大于次氯酸，第二步電離小于次氯酸的電離，結(jié)合84消毒液成分為次氯酸鈉和二氧化碳反應生成的次氯酸見光分解分析；
（2）依據(jù)圖中電子流向分析，原電池中電子是從負極流向正極；負極是甲醇失電子發(fā)生氧化反應，依據(jù)電極反應的產(chǎn)物和環(huán)境寫出電極反應式；
（3）①裝置A是制備二氧化碳氣體的實驗裝置，生成的二氧化碳含有氯化氫和水蒸氣，通入D裝置中前需要把二氧化碳和水蒸氣除去，B中用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳；濃硫酸除去水蒸氣；
②證明一氧化碳具有還原性的裝置是E裝置中氧化銅和一氧化碳反應的現(xiàn)象分析判斷；
③若要根據(jù)裝置P中石灰水變渾濁的現(xiàn)象準確確認CO具有還原性，則通入E裝置中的氣體中不能含有二氧化碳；

解答： 解：（1）依據(jù)電離平衡常數(shù)比較碳酸酸性大于次氯酸，第一步電離大于次氯酸，第二步電離小于次氯酸的電離，結(jié)合84消毒液成分為次氯酸鈉和二氧化碳反應生成的次氯酸見光分解分析可知；次氯酸鈉和二氧化碳、水反應生成次氯酸和碳酸氫鈉，次氯酸見光分解生成鹽酸和氧氣，反應的離子方程式為：ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-；
故答案為：ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-；
（2）原電池中電子是從負極流向正極；電子流出的一端a是負極，負極是甲醇失電子發(fā)生氧化反應，依據(jù)電池反應和酸性環(huán)境，CH₃OH+H₂O→CO₂↑+6H⁺+6e^-，
故答案為：a；CH₃OH+H₂O→CO₂↑+6H⁺+6e^-；
（3）裝置A是CO₂氣體的發(fā)生裝置，使用的白色固體應是CaCO₃（通常不用Na₂CO₃固體，一方面是因為碳酸鈉易溶于水，另一方面是因為碳酸鈉與鹽酸反應過于劇烈，不便于產(chǎn)生平穩(wěn)的CO₂氣流），與稀鹽酸反應生成CO₂氣體．因為鹽酸具有揮發(fā)性，所以在制得的CO₂氣體中會混有一定量的HCl氣體，要除去雜質(zhì)HCl氣體，B瓶中應盛飽和NaHCO₃溶液（特別指出，B瓶中不能盛飽和Na₂CO₃溶液，因為會發(fā)生反應Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃）．C瓶中的濃硫酸是用來除去混在CO₂氣體中的水蒸氣的，如果水蒸氣不除去，就會與D管中的單質(zhì)碳發(fā)生反應（俗稱水煤氣反應，其化學方程式為C+H₂O

△   .

CO+H₂，CO+H₂O

△   .

CO₂+H₂），反應生成的H₂也能還原CuO，H₂的存在對驗證CO具有還原性的實驗有嚴重的干擾．如果要想根據(jù)裝置F中澄清石灰水變渾濁的現(xiàn)象來確認CO具有還原性，就必須除去D管中導出的CO氣體中混有的CO₂（來自裝置A的未參加反應的CO₂），應該在D和E之間增加一個裝置，這個裝置內(nèi)所盛的試劑既要能吸收CO₂（濃硫酸不能吸收CO₂，可排除③），又不能帶入水蒸氣（因為冷的濕潤的氣體導入后面E中紅熱的玻璃管中，可能會導致玻璃管炸裂），氫氧化鈉溶液雖能完全吸收CO2，但這樣的CO就會帶有水分，二者同時進入后面裝置中，加熱時可能會引起試管炸裂，所以用固體的堿石灰．據(jù)此可以排除①和②，選④；
①裝置A是制備二氧化碳氣體的實驗裝置，生成的二氧化碳含有氯化氫和水蒸氣，通入D裝置中前需要把二氧化碳和水蒸氣除去，B中用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳；C中濃硫酸除去水蒸氣；防止水進入D中反應生成氫氣干擾一氧化碳的還原性檢驗，故答案為：飽和碳酸氫鈉溶液；防止水蒸氣與炭反應生成的氫氣對實驗現(xiàn)象產(chǎn)生干擾；
②證明一氧化碳具有還原性，通入裝置E氧化銅中反應生成紅色銅，證明一氧化碳還原氧化銅，不表現(xiàn)還原性，故答案為：E裝置中黑色CuO變紅色；
③若要根據(jù)裝置P中石灰水變渾濁的現(xiàn)象準確確認CO具有還原性，必須通入E裝置中的氣體不能含有二氧化碳，所以在DE之間需要加上盛堿石灰的U形管，把二氧化碳氣體除去；
故答案為：DE，④．

點評：本題考查了實驗驗證物質(zhì)性質(zhì)的實驗設計，裝置的分析判斷，試劑的作用和選擇依據(jù)，過程中的氣體作用，注意干擾氣體的處理方法，題目難度較大．