Question

8．人類活動(dòng)產(chǎn)生的CO₂長期積累，威脅到生態(tài)環(huán)境，其減排問題受到全世界關(guān)注．

（1）工業(yè)上常用高濃度的K₂CO₃ 溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用電解法使K₂CO₃ 溶液再生，其裝置示意圖如圖1：在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑和H⁺+HCO₃^-═H₂O+CO₂↑．簡述CO₃^2-在陰極區(qū)再生的原理HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電，濃度減小平衡右移．
（2）再生裝置中產(chǎn)生的CO₂和H₂在一定條件下反應(yīng)生成甲醇等產(chǎn)物，工業(yè)上利用該反應(yīng)合成甲醇．
已知：25℃，101KPa下：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
寫出CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇等產(chǎn)物的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol．
②如圖2表示合成甲醇的反應(yīng)的能量變化示意圖，其中正確的是a（填字母序號）．
（3）在密閉的再生裝置中，加入5mol H₂與2mol CO₂發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，改變溫度（T）和壓強(qiáng)（P），反應(yīng)混合物中甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況如圖3所示，下列說法正確的是A、C、D
A．P₁＞P₂＞P₃＞P₄
B．甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越高，反應(yīng)的平衡常數(shù)越大
C．圖示中，該反應(yīng)的溫度變化為：T₁＞T₂＞T₃＞T₄
D．T₄、P₄、時(shí)，H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%
（4）已知某種甲醇燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，示意圖如圖4：工作結(jié)束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將不變（填寫“增大”、“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計(jì)）．A電極附近甲醇發(fā)生的電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑．

Answer 1

分析 （1）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；
②碳酸氫根離子程度電離平衡、氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子；
（2）①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，物質(zhì)越穩(wěn)定，其能量越小；
（3）A．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，結(jié)合圖象判斷甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況判斷壓強(qiáng)大��；
B．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；
C．溫度升高，平衡向著吸熱方向進(jìn)行，反之向著放熱方向進(jìn)行；
D．根據(jù)轉(zhuǎn)化率等于變化量和初始量的比值進(jìn)行計(jì)算即可；
（4）B電極反應(yīng)是氧氣得到電子生成氫氧根離子在酸性溶液中生成水，氫離子通過交換膜移向正極，氫離子物質(zhì)的量不變，溶液體積變化忽略不計(jì)，溶液中氫離子濃度不變；A電極是原電池負(fù)極，甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在酸溶液中生成二氧化碳，由電荷守恒可知有H⁺生成．

解答 解：（1）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小平衡右移，CO₃^2-再生
故答案為：HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電，濃度減小平衡右移；
（2）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol①
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol②
將方程式3①-②得CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，物質(zhì)越穩(wěn)定，其能量越小，所以液態(tài)物質(zhì)的能量小于氣態(tài)物質(zhì)，則符合條件的圖象是a，
故答案為：a；
（3）A．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則反應(yīng)混合物中甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)逐漸增大，即P₁＞P₂＞P₃＞P₄，故A正確；
B．平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故B錯(cuò)誤；
C．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），△H＜0，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度，甲醇的含量減小，故T₁＞T₂＞T₃＞T₄，故C正確；
D．T₄、P₄時(shí)，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是0.2，設(shè)消耗氫氣的物質(zhì)的量是3x，
       3H₂（g）十CO₂（g）≒CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量：5        2         0         0
變化量：3x       x         x         x
平衡量：5-3x    2-x        x         x
$\frac{x}{5-3x+2-x+2x}$=0.2，解得x=1，所以H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{3}{5}$×100%=60%，故D正確；
故答案為：ACD；
（4）B電極反應(yīng)是氧氣得到電子生成氫氧根離子在酸性溶液中生成水，氫離子通過交換膜移向正極，氫離子物質(zhì)的量不變，溶液體積變化忽略不計(jì)，溶液中氫離子濃度不變，故溶液pH不變；A電極是原電池負(fù)極，甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在酸溶液中生成二氧化碳，由電荷守恒可知有H⁺生成，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑，
故答案為：不變；CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、電解原理等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)燃料電池中正負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)、蓋斯定律的內(nèi)涵、電解池中離子放電順序來分析解答，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，難度中等．