Question

甲醇是一種可再生燃料，它的沸點為64.7℃．有科學家提出：把含有過量CO₂的空氣吹入碳酸鉀溶液中，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學反應后得到甲醇，其構想流程如下：

試回答下列問題：
（1）寫出吸收池中主要反應的化學方程式

 

．
（2）在2×10⁵Pa、300℃合成塔中，若有440g CO₂與H₂恰好完全反應生成甲醇和水，放出495kJ的熱量，試寫出合成塔中發(fā)生反應的熱化學方程式

 

．
（3）在合成塔中發(fā)生的是放熱反應，高溫不利于甲醇的生成，合成塔中維持300℃的較高溫度的原因可能是：

 

；若要提高甲醇的產(chǎn)率，可采取的措施有（寫2條）：

 

；

 

．
（4）甲醇的一個重要作用是可以制燃料電池，常用KOH作電解質溶液，負極的電極反應式為：

 

．
（5）986℃時，在容積不變的密閉容器中加入一定量的CO₂和H₂，發(fā)生發(fā)應：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）．CO₂、H₂的起始濃度都為1.0mol?L^-1，達到平衡濃度時CO₂、H₂的濃度均變?yōu)?.44mol?L^-1，試計算986℃時，該反應的平衡常數(shù)（寫出計算過程，保留2位有效數(shù)字）．

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）二氧化碳通入飽和碳酸鉀溶液的吸收池中反應生成碳酸氫鉀；
（2）反應方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g），結合對應的物質的物質的量以及放出的熱量計算反應熱；
（3）依據(jù)反應速率和催化劑的活性分析判斷；根據(jù)平衡影響因素和平衡移動原理分析選擇；
（4）燃料電池是燃料在負極失去電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應；依據(jù)氧化還原反應電子守恒和電荷守恒，注意電解質溶液的環(huán)境因素寫出電極反應；
（5）計算各物質的平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算．

解答： 解：（1）二氧化碳通入飽和碳酸鉀溶液的吸收池中反應生成碳酸氫鉀，反應的方程式為K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃，故答案為：K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
（2）n（CO₂）=

440g

44g/mol

=10mol，可放出495 kJ的熱量，反應的方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g），則生成1 mol CH₃OH放出熱量49.5 kJ的熱量，所以熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）

催化劑 .

高溫高壓

CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）

催化劑 .

高溫高壓

CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1；
（3）在合成塔中發(fā)生的是放熱反應，高溫不利于甲醇的生成，較低溫時反應速率過慢，生產(chǎn)效率低，合成塔中維持300℃的較高溫度的原因提高反應速率，催化劑在此溫度下活性最大，反應是放熱反應，氣體體積減小的反應，依據(jù)平衡移動原理可知反應正向進行提高甲醇的產(chǎn)率，應采取降溫、加壓，或將甲醇從混合體系中分離出來的措施，
故答案為：該溫度下催化劑的活性最高（較低溫時反應速率過慢，生產(chǎn)效率低）；降溫、加壓，或將甲醇從混合體系中分離出來；
（4）燃料電池是燃料在負極失去電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，依據(jù)氧化還原反應電子守恒和電荷守恒，堿性電解質溶液中電極反應為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始物質的量濃度（mol?L^-1） 1.0    1.0         0      0
轉化物質的量濃度（mol?L^-1） 0.56   0.56       0.56    0.56
平衡物質的量濃度（mol?L^-1） 0.44   0.44       0.56    0.56     
k=

c(CO)?c(H2O)

c(CO2)?c(H 2)

=

0.56mol?L-1×0.56mol?L-1

0.44mol?L-1×0.44mol?L-1

=1.6，
故答案為：1.6．

點評：本題考查較為綜合，涉及物質的分離、制備、熱化學方程式的書寫、化學平衡的移動以及電化學、平衡計算等問題，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意相關知識的把握．