Question

人類活動產(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，其裝置示意圖如下：

在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括                     和H ⁺+ HCO₃^-=H₂O+CO₂↑。

簡述CO₃^2-在陰極區(qū)再生的原理                 。

（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 ℃，101 KPa下：

H₂(g)+1/2 O₂(g)=H₂O(g)  Δ H₁= -242 kJ/mol

CH₃OH(g)+3/2 O₂(g)=CO₂ (g)+2 H₂O(g)  Δ H₂= -676 kJ/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           。

下面表示合成甲醇的反應(yīng)的能量變化示意圖，其中正確的是      （填字母序號）。

a                     b                   c                   d

（3）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。已知某種甲醇

微生物燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，示意圖如下：

該電池外電路電子的流動方向為            （填寫“從A到B”或“從B到A”）。

工作結(jié)束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將          （填寫“增大”、“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計）。

A電極附近甲醇發(fā)生的電極反應(yīng)式為             。

 

Answer 1

【答案】

（1）①4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（2分）

②答案1：HCO₃ ^–存在電離平衡：HCO₃ ^– H⁺+CO₃^2- （1分），陰極H⁺放電濃度減小平衡右移（1分）CO₃^2-再生

答案2：陰極H⁺放電OH^-濃度增大（1分），OH^-與HCO₃ ^–反應(yīng)生成CO₃^2- （1分）CO₃^2-再生

（2）①CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H=-50 kJ/mol（2分）   ② a（2分）

（3）①從A到B（1分）        ②不變（1分）

③CH₃OH+H₂O - 6e^-=6H⁺+ CO₂↑（2分）

【解析】

試題分析：（1）①陽極上H₂O電離出的OH‾失電子，電極方程式為：4OH ^- - 4e^-=2H₂O+O₂↑

②陰極上H⁺放電發(fā)生得電子反應(yīng):2H⁺+2e‾=H₂↑,HCO₃‾存在電離平衡：HCO₃‾CO₃²‾+H⁺，H⁺濃度減小，使HCO₃‾電離平衡向右移動，CO₃²‾濃度增大而再生。

（2）①首先寫出CO₂與H₂反應(yīng)生成甲醇的化學(xué)方程式，并注明狀態(tài)，然后根據(jù)蓋斯定律求∆H=3∆H₁—∆H₂= -50 kJ•mol‾¹，所以熱化學(xué)方程式為：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H=-50 kJ•mol‾¹。

②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，生成物為液態(tài)，放出的熱量更多，所以a項圖像正確。

（3） ①甲醇失去電子，為電池的負(fù)極，所以該電池外電路電子的流動方向為從A到B。

②B電極上O₂得電子消耗H⁺，同時溶液中的H⁺移向B電極室，所以B電極室溶液的pH與工作前相比將不變。

③CH₃OH失電子，生成CO₂和H⁺，根據(jù)化合價變化和元素守恒配平方程式：CH₃OH+H₂O - 6e^-=6H⁺+ CO₂↑

考點(diǎn)：本題考查電解原理、原電池原理、方程式的書寫、平衡移動、熱化學(xué)方程式的書寫。