Question

6．CO₂是一種溫室氣體，據(jù)科學家預測，到21世紀中葉，全球氣溫將升高1.5-4.5℃，地球氣溫的升高會引起海平面升高，對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響．如何合理地利用CO₂是擺在科學家面前的一個重大課題．回答下列問題：
（1）工業(yè)上利用高溫、高壓條件，可用CO₂與NH₃合成尿素[CO（NH₂）₂]，該反應的化學方程式為CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O．
（2）一定條件下，不同量的CO₂與不同量的NaOH充分反應放出的熱景如下表所示：

	CO2的量	NaOH溶液的量	放出的熱量
①	22.0g	750mL1.0mol•L-1	xkJ
②	1.0mol	2.0mL1.0mol•L-1	ykJ

寫出該條件下CO₂與NaOH溶液反應生成NaHCO₃的熱化學反應方程式NaOH（aq）+CO₂（g）═NaHCO₃（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol．
（3）在一定溫度和催化劑作用下，可將CO₂轉化為燃料CH₄，反應方程式為CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H． 300℃時，一定量的CO₂和H₂混合氣體在容積為2L的恒容密閉容
器中發(fā)生上述反應，5min后達到平衡，此時各物質的濃度如下表：

物質	CO2（g）	H2（g）	CH4（g）	H2O（g）
濃度/mol•L-1	0.2	0.8	a	1.6

則平衡時容器中的甲烷的物質的量再（CH．）=1.6mol．從反應開始到達到平衡時的反應速率v（CH₄）=0.16mol/（L•min）．500℃時該反應的平衡常數(shù)K=16，則該反應韻△H＜（填“＞”或“＜”）0．
（4）CO₂還可用于生產(chǎn)甲醇，一定條件下，發(fā)生反應CO₂ （g）+3H（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H．①在容積為2L的恒容密閉容器中，通入2molCO₂和3mol H₂發(fā)生上述反應，下鍘碳法能夠表明該可逆反應達到平衡狀態(tài)的是de（填字母）．
a．消耗3mol H₂（g）時，有l(wèi)mol CH₃OH（g）生成
b．轉移3mol電子時，反應的CO₂為11.2L（標準狀況）
c．體系中氣體的密度不變
d．水蒸氣的體積分數(shù)保持不變
e．單位時間內(nèi)生成H₂（g）與生成H₂O（g）的物質的量之比為3：1
②用多孔石墨作電極，30% KOH溶液作電解質溶液，可設計如圖甲所示的甲醇燃料電池，該電池的負極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．若將該燃料電池與電解飽和食鹽水的裝置進行串聯(lián)（如圖），當有0.12mol電子發(fā)生轉移時，斷開電源，將溶液冷卻至室溫，測得食鹽溶液為120mL，則此時乙裝置中溶液的pH=14假設食鹽水中有足量的NaCl，且Cl₂完全逸出）．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)上利用高溫、高壓條件，可用CO₂與NH₃合成尿素[CO（NH₂）₂]，該反應的化學方程式為：
CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）根據(jù)題意可知，22gCO₂通入1mol•L^-1NaOH溶液750mL中充分反應，測得反應放出xkJ的熱量，寫出熱化學反應方程式，再利用1mol CO₂通入2mol•L^-1NaOH溶液2L中充分反應放出y kJ的熱量寫出熱化學反應方程式，最后利用蓋斯定律來書寫CO₂與NaOH溶液反應生成NaHCO₃的熱化學方程式；
（3）根據(jù)生成物水的濃度可得甲烷的濃度，則n（CH₄）=c（CH₄）×V，v（CH₄）=$\frac{△c（CH4）}{△t}$，再根據(jù)化學平衡常數(shù)概念計算300℃時的K，根據(jù)溫度對化學平衡的影響與500℃時該反應的平衡常數(shù)K比較可得反應的△H；
（4）①根據(jù)化學平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析；
②甲醇的電極為負極，甲醇失電子，甲醇燃燒生成 CO₂，CO₂在氫氧化鉀溶液中以KCO₃形式存在，因此負極電極式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；根據(jù)轉移的電子數(shù)計算乙裝置中氫離子濃度，可得pH．

解答 解：（1）工業(yè)上利用高溫、高壓條件，可用CO₂與NH₃合成尿素[CO（NH₂）₂]，該反應的化學方程式為：CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
故答案為：CO₂+NH₃ $\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）根據(jù)題意，22gCO₂通入1mol•L^-1NaOH溶液750mL中充分反應，n（CO₂）=22g÷44g/mol=0.5mol，n（NaOH）=1mol•L^-1×0.75L=0.75mol，該反應既生成碳酸鈉又生成碳酸氫鈉，方程式為2CO₂+3NaOH═NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，由0.5molCO₂反應放出熱量為xKJ，則2molCO₂反應放出熱量為4xKJ，即熱化學反應方程式為①2CO₂（g）+3NaOH（aq）═NaHCO₃ （aq）+Na₂CO₃（aq）+H₂O（l）△H=-4xKJ/mol，又1mol CO₂通入2mol•L^-1NaOH溶液2L中充分反應放出y kJ的熱量，則熱化學方程式為②2NaOH（aq）+CO₂（g）═Na₂CO₃（aq）+H₂O（l）△H=-yKJ/mol，由蓋斯定律可知，①-②可得，NaOH（aq）+CO₂（g）═NaHCO₃（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol；
故答案為：NaOH（aq）+CO₂（g）═NaHCO₃（aq）△H=-（4x-y）KJ/mol；
（3）由表可知，300℃時，c（H₂O）=1.6mol/L，則c（CH₄）=$\frac{1}{2}$c（H₂O）=0.8mol/L，n（CH₄）=0.8mol/L×2L=1.6mol；v（CH₄）=$\frac{0.8mol/L}{5min}$=0.16mol/（L•min）；300℃時該反應的化學平衡常數(shù)K=$\frac{1．{6}^{2}×0.8}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，500℃時該反應的平衡常數(shù)K=16，說明溫度升高，平衡逆向移動，說明反應是個放熱反應，△H＜0；
故答案為：1.6mol；0.16mol/（L•min）；＜；
（4）①反應CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）：
a．無論反應進行到何種時候，都有消耗3mol H₂（g）時有l(wèi)mol CH₃OH（g）生成，故a錯誤；
b．任何時刻轉移3mol電子時，反應的CO_2均為11.2L（標準狀況），故b錯誤；
c．混合氣體的總質量不變，恒容容器混合氣體的體積不變，則體系中氣體的密度一直不變，故c錯誤；
d．隨著反應的進行，水蒸氣的體積分數(shù)增大，平衡時，保持不變，故d正確；
e．單位時間內(nèi)生成H₂（g）與生成H₂O（g）的物質的量之比為3：1，說明正你反應速率相等，反應平衡，故e正確；
故答案為：de；
②甲醇的電極為負極，甲醇失電子，甲醇燃燒生成 CO₂，CO₂在氫氧化鉀溶液中以KCO₃形式存在，因此負極電極式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；乙裝置中陰極的反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，0.12mol電子發(fā)生轉移，則生成的氫氧根離子也為0.12mol，c（OH^-）=$\frac{0.12mol}{0.12L}$=1mol/L，故c（H⁺）=$\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1}$=10^-14，則pH=-lgc（H⁺）=14；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；14．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫和計算，化學平衡狀態(tài)的判斷及有關計算、電化學的電極反應式及計算，題目難度不大，是高考常見題型，注意掌握基礎、電化學中計算根據(jù)電子守恒的計算方法．