Question

一種將CO₂變?yōu)槿剂匣蛴袡C化學品的構想分成3個步驟：
①利用濃碳酸鉀溶液吸收空氣中的CO₂；
②將第①步吸收液電解產(chǎn)生H₂和O₂，同時分離出CO₂；
③將第②步產(chǎn)生的H₂和CO₂在一定條件下轉(zhuǎn)化成CH₄和H₂O₂．
已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
（1）第③步反應的熱化學方程式為

 

．
（2）若在第②步電解吸收液時產(chǎn)生11.2LO₂（標準狀況下），則第③步中最多可制得

 

L甲烷（標準狀況下）
（3）為探究在密閉容器中進行第③步反應的最佳投料比，某研究小組向恒溫（T₁、T₂均大于100℃）恒容容器中充入一定量的H₂，在其他條件不變的情況下，改變起始CO₂的物質(zhì)的量測定達到平衡時CH₄的體積分數(shù)，實
驗結果如圖所示．則a、c兩點處所的平衡狀態(tài)中，氫氣的轉(zhuǎn)化率的大小關系是a（a）

 

a（c）（填“＞”“＜”或“=”），a、b、c、d四點所處的平衡狀態(tài)中，對應的平衡常數(shù)K_a、K_b、K_c、K_d的大小關系是

 

．
（4）H₂和CO₂在一定條件下也能轉(zhuǎn)化成甲酸．甲酸，空氣，質(zhì)子交換膜和惰性電極組成的燃料電池工作時，負極發(fā)生的電極反應可表示為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡建立的過程,化學平衡常數(shù)的含義

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算；
（2）根據(jù)化學方程式計算；
（3）根據(jù)平衡移動原理分析；根據(jù)平衡常數(shù)與溫度的關系；
（4）甲酸和空氣，質(zhì)子交換膜和惰性電極組成的燃料電池，則燃料為負極反應物，即甲酸為負極反應物．

解答： 解：（1）已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律△H=4△H₁-△H₂=-253.6kJ/mol；故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol；
（2）根據(jù)方程：2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑ CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；  2H₂ ～O₂ ～

1

2

CH₄ 
                                                          11.2L   5.6L
故答案為：5.6L；                                                        
（3）增大二氧化碳的濃度平衡正移，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率的大小關系是a（a）＜a（c）；由于平衡常數(shù)只與溫度有關，升高溫度平衡逆移，K要減小，故答案為：＜；K_a=K_c＞K_b=K_d；
（4）甲酸和空氣，質(zhì)子交換膜和惰性電極組成的燃料電池，則燃料為負極反應物，即甲酸為負極反應物，所以負極反應為：HCOOH-2e^-=CO₂↑+2H⁺；
故答案為：甲酸和空氣，質(zhì)子交換膜和惰性電極組成的燃料電池，則燃料為負極反應物，即甲酸為負極反應物．

點評：本題考查了蓋斯定律的應用，根據(jù)方程式的計算，化學平衡，燃料電池電極的書寫，綜合性較強，考查學生的綜合分析能力．