Question

【题目】CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：

（1）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4（g）+ CO2（g）2CO （g）+ 2H2（g）

①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：

化学键	C—H	C=O	H—H	CO（CO）
键能/kJ·mol1	413	745	436	1075

则该反应的ΔH=_________。分别在v L恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A” 或“B ”）。

（2）CO2可以被NaOH溶液捕获。

①若所得溶液pH=13，CO2主要转化为_______（写离子符号）；若所得溶液c（HCO3）∶c（CO32）=2∶1，溶液pH=___________。（室温下，H2CO3的K1=4×107；K2=5×1011）

②当2molCO2通入3molNaOH被吸收时，溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母)________。

a．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CO32)＋c(HCO3-)＋c(OH－)

b．c(Na＋)>c(HCO3-)>c(CO32)> c(OH－)>c(H＋)

c．3c(Na＋)＝2[c(CO32)＋c(HCO3-) +c(H2CO3)]

（3）CO2辅助的CO—O2燃料电池，工作原理如图所示，固体介质中CO32— 可定向移动。电池的负极反应式：________________________________电池工作时需向某电极通入CO2以触发反应，该电极为_____________（填“甲”或“乙”）

Answer 1

【答案】+120 KJ· mol-1 B CO32 10 b CO-2e- + CO32 = 2CO2 乙

【解析】

（1）根据反应热与键能的关系可得ΔH=+120KJ mol-1；该反应的正反应是气体总分子数增加的吸热反应，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体，恒压条件下反应正向进行的程度大，故容器B达到平衡时吸收的热量多；

（2）由电离平衡常数的定义以及弱电解质的电离、弱根离子的水解以及各离子之间的相互影响进行分析；

（3）由题中所给示意图以及负极失去电子发生氧化反应分析。

（1）根据反应热与键能的关系可得，该反应的ΔH=（413kJ·mol1×4+745kJ·mol1×2）-（1075kJ·mol1×2+436kJ·mol1×2）=+120KJ mol-1，反应CH4（g）+ CO2（g）2CO（g）+2H2（g）的正反应是气体总分子数增加的吸热反应，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体，恒压条件下反应正向进行的程度大，故容器B达到平衡时吸收的热量多，故答案为：+120KJ·mol-1，B。

（2）①K2=c（CO32-）c（H+）/c（HCO3-）=5×1011，则c（H+）=K2c（HCO3-）/c（CO32-），当c（HCO3）=c（CO32），c（H+）=5×1011，pH在10.3，如果溶液pH=13，则c（HCO3）＜c（CO32），所以该溶液中所得的阴离子为CO32，K2=c（CO32-）c（H+）/c（HCO3-）=5×1011，且所得溶液中c（HCO3）∶c（CO32）=2∶1，c（H+）=K2c（HCO3-）/c（CO32-）=5×1011×2=1×1010，pH=10，故答案为：CO32，10。

②当2molCO2通入3molNaOH被吸收时，则发生反应：2CO2+3OH-=CO32-+HCO3-+H2O，结合CO32-+H2OHCO3-+OH-，HCO3-+H2OH2CO3+OH-分析。

a.溶液呈电中性，溶液中阴、阳离子所带电荷相等，所以c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO3-）+2c（CO32-），故a错误；

b.n（CO32-）+n（HCO3-）+n（H2CO3）=2mol，n（Na+）=3mol，又存在①CO32-+H2OHCO3-+OH-，②HCO3-+H2OH2CO3+OH-，水解程度①＞②且水解程度都较小，则c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-），则有c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），故b正确；

c.n（CO32-）+n（HCO3-）+n（H2CO3）=0.1mol，n（Na+）=0.15mol，根据物料守恒得，2C（Na+）=3[c（H2CO3）+c（HCO3-）+c（CO32-）]，故c错误。

故答案为：b。

（3）由图可知，在负极上CO与CO32失去电子发生氧化反应生成CO2，电极方程式为： CO-2e-+CO32=2CO2，在电极乙上通入CO2以触发反应，故答案为：CO-2e-+CO32=2CO2，乙。