Question

Ⅰ．甲醇是一種可再生燃料，它的沸點(diǎn)為64.7℃．有科學(xué)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(xué)反應(yīng)后得到甲醇，其構(gòu)想流程如下：

試回答下列問題：
（1）寫出吸收池中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

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

 

．
（3）甲醇的一個(gè)重要作用是可以制燃料電池，常用KOH作電解質(zhì)溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：

 

．
Ⅱ．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
（1）工業(yè)上制備ClO₂的反應(yīng)原理常采用：
2NaClO₃+4HCl=2C1O₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl．若反應(yīng)中產(chǎn)生0.1mol ClO₂，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

mol．
（2）目前已開發(fā)出用電解法制取ClO₂的新工藝．
①如圖示意用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水鍘取ClO₂．寫出陽極產(chǎn)生ClO₂的電極反應(yīng)式：

 

．

②電解一段時(shí)間．當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，停止電解．通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為

 

mol；用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因

 

．
（3）ClO₂對(duì)污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^-，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，產(chǎn)物中有兩種為氣體，其離子反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、（1）二氧化碳通入飽和碳酸鉀溶液的吸收池中反應(yīng)生成碳酸氫鉀；
（2）反應(yīng)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g），結(jié)合對(duì)應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量以及放出的熱量計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）燃料電池是燃料在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和電荷守恒，注意電解質(zhì)溶液的環(huán)境因素寫出電極反應(yīng)；
Ⅱ、（1）ClO₂是還原產(chǎn)物，氯元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為+4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量等于ClO₂的物質(zhì)的量；
（2）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，根據(jù)n=

V

Vm

計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽離子的物質(zhì)的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子；

解答： 解：Ⅰ、（1）二氧化碳通入飽和碳酸鉀溶液的吸收池中反應(yīng)生成碳酸氫鉀，反應(yīng)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(yīng)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(xué)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）燃料電池是燃料在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和電荷守恒，堿性電解質(zhì)溶液中電極反應(yīng)為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
Ⅱ、（1）ClO₂是還原產(chǎn)物，氯元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為+4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.1mol×（5-4）=0.1mol，
故答案為：0.1；
（2）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，溶液的pH增大，
故答案為：0.01；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的分離、制備、熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及電化學(xué)、平衡計(jì)算、氧化還原反應(yīng)、常用化學(xué)用語、電解原理、化學(xué)計(jì)算等等問題，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意相關(guān)知識(shí)的把握．是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問題的能力．