Question

【題目】碳元素及其化合物與人類的生活、生產息息相關，請回答下列問題：

（1）自然界中的碳循環(huán)對人類的生存與發(fā)展具有重要意義。

①綠色植物的光合作用吸收CO2釋放O2的過程可以描述為以下兩步：

2CO2(g)+2H2O(l)+2C5H10O4(s) = 4(C3H6O3)+(s)+O2(g)+4e- △H=+1360 kJ·mol-1

12(C3H6O3)+(s)+12e- = C6H12O6(s，葡萄糖)+6C5H10O4(s)+3O2(g) △H=-1200 kJ·mol-1

則綠色植物利用二氧化碳和水合成葡萄糖并放出氧氣的熱化學方程式為：_________________。

②溶洞的形成是石灰?guī)r中的主要成分碳酸鈣在一定條件下溶解和沉積形成，請站在活化能的角度解釋溶洞形成過程極為緩慢的原因____________。

(2) 工業(yè)上碳及其化合物是重要的工業(yè)原料。

①以CO2、NaCl、NH3為原料制得Na2CO3是“侯氏制堿法”的重要步驟，相關物質的溶解度曲線如圖所示，請寫出常溫下向飽和氯化鈉溶液中先后通入足量的NH3、CO2發(fā)生反應的離子方程式：___。

常溫常壓下，在NaHCO3溶液中存在如下平衡：

HCO3-+H2OH2CO3+OH- Kh=2.27×10-8

HCO3- CO32-+H+ Ka2=4.7×10-11

H2OH++OH- Kw=1.0×10-14

請用K定量解釋NaHCO3溶液顯堿性的原因：____________，在NaHCO3溶液中繼續(xù)通入CO2，至溶液中n(HCO3-)：n(H2CO3)= ____________時溶液可以達中性。

②工業(yè)上可以利用甲醇制備氫氣。

甲醇蒸汽重整法制備氫氣的胡政堯反應為CH3OH(g) CO(g)+2H2(g),設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol的CH3OH(g)體系壓強為p1，在一定條件下達到平衡時，體系壓強為p2，且p2：p1=2.2，則該條件下CH3OH的平衡轉化率為__________________。

工業(yè)上還可以利用甲醇部分氧化法制備氫氣，在一定溫度下以Ag/CeO2-ZnO為催化劑，原料氣比例對反應選擇性(選擇性越大，表示生成的該物質越多)影響關系如圖所示.則當

n(O2)/n(CH3OH)=0.25時，CH3OH與O2發(fā)生的主要反應方程式為__________；在制備H2時最好控制n(O2)/n(CH3OH)=________。

Answer 1

【答案】 6CO2(g)+6H2O(1)=C6H12O6(s，葡萄糖)+6O2(g) ΔH=+2880KJ/mol 溶洞形成過程的化學反應在自然條件下活化能較高 NH3+CO2+H2O+Na+=Na2HCO3↓+NH4+或NH3+CO2+H2O=NH4++HCO3-、NH4++HCO3-+Na+=NaHCO3↓+NH4+ Na2HCO3溶液中的水解平衡常數大于HCO3-的電離常數 4.4 60% 2CH3OH+O2 2HCHO+2H2O 0.5

【解析】(1)①已知熱化學方程式：2CO2(g)+2H2O(l)+2C5H10O4(s)═4(C3H6O3)+(s)+O2(g)+4e-△H═+1360kJmol-1 ①；12(C3H6O3)+(s)+12e-= C6H12O6(s，葡萄糖)+6C5H10O4(s)+3O2(g) △H=-1200 kJ·mol-1②；根據蓋斯定律，將①×3+②可得：6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(s)+6O2(g)△H=+2880kJmol-1；

②溶洞的形成是石灰?guī)r中的主要成分碳酸鈣在一定條件下溶解和沉積形成，但 溶洞形成過程的化學反應在自然條件下活化能較高，則形成過程極為緩慢；

(2) ①根據溶解度曲線可知常溫下NaHCO3的溶解度明顯小于NaCl，向飽和氯化鈉溶液中先后通入足量的NH3、CO2將有NaHCO3析出，發(fā)生反應的離子方程式NH3+CO2+H2O+Na+=Na2HCO3↓+NH4+。

因Na2HCO3溶液中的水解平衡常數大于HCO3-的電離常數，故NaHCO3溶液顯堿性；溶液為中性，則c(H+)=10-7mol/L，K==4.4×10-7，則溶液中n(HCO3-)：n(H2CO3)==4.4；

② CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)
起始量/mol 0.60 0 0
轉化量/mol xx 2x
平衡量/mol0.60-x x 2x
氣體壓強之比等于氣體物質的量之比， =2.2，解得x=0.36；CH3OH的轉化率=×100%=60%；當n(O2)/n(CH3OH)=0.25時，CH3OH與O2發(fā)生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應的方程式為：2CH3OH+O22HCHO+2H2O；依據圖象分析，在制備H2時最好控制n(O2)/n(CH3OH)=0.5時氫氣生成最多。