Question

低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，低碳循環正成為科學家研究的主要課題．
Ⅰ．最近有科學家提出構想：把空氣吹入飽和碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應后使之變為可再生燃料甲醇．該構想技術流程如下：

（1）向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是

 

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為

 

．
Ⅱ．一氧化碳與氫氣也可以合成甲醇，反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
（1）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡，測得c（H₂）=2.2mol?L^-1，則CO的轉化率為

 

．
（2）T₁℃時，此反應的平衡常數為K（T₁）=50．此溫度下，在一個2L的密閉容器中加入一定量CO和H₂，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol?L-1）	0.2	0.2	0.4

①比較此時正、逆反應速率的大小：v_正

 

v_逆值（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若其他條件不變時，只改變反應的某一個條件，下列說法正確的是

 

．
A．若達到新平衡時c（CO）=0.3mol/L，平衡一定逆向移動
B．若將容器體積縮小到原來的一半，達到新平衡時，0.2mol/L＜c（CO）＜0.4mol/L
C．若向容器中同時加入0.4mol CO和0.8mol CH₃OH（g），平衡不移動
D．若升高溫度，平衡常數將增大
Ⅲ．CO₂和SO₂的處理是許多科學家都在著力研究的重點．有學者想以如圖所示裝置用燃料電池原理將CO₂、SO₂轉化為重要的化工原料．

（1）若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，電池總反應式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極反應式為

 

．
（2）若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極反應式為

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）空氣在二氧化碳再吸收池中轉化為碳酸氫鉀，合成塔內為氫氣與二氧化碳反應合成甲醇，所以分解池應提供二氧化碳；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
Ⅱ．（1）依據化學平衡三段式列式計算，反應速率等于單位時間內難度變化計算得到；
（2）①依據濃度商和平衡常數比較分析反應進行的方向；
②依據化學平衡移動原理和影響因素分析判斷；
Ⅲ．①燃料電池的工作原理，正極上是一氧化碳發生得電子發生還原反應；
②根據電極反應：SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄進行分析，負極是二氧化硫失電子發生氧化反應生成硫酸．

解答：解：Ⅰ．（1）空氣在二氧化碳再吸收池中轉化為碳酸氫鉀，合成塔內為氫氣與二氧化碳反應合成甲醇，所以分解池應提供二氧化碳．向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環境使KHCO₃分解，故答案為：提供高溫環境使KHCO₃分解；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
依據蓋斯定律①-②+③×4得到：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-885.6kJ?mol^-1；
得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡，測得c（H₂）=2.2mol?L^-1，物質的量為4.4mol；
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  2       6           0
變化量（mol）  0.8    1.6         0.8
平衡量（mol）  1.2    4.4         0.8
則CO的轉化率為=

0.8

2

×100%=40%；
故答案為：40%；
（2）①T₁℃時，此反應的平衡常數為K（T₁）=50．
Qc=

0.4

0.2×0．22

=50=K，故反應達到平衡，正逆反應速率相同；
故答案為：=；  
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
A．若達到新平衡時c（CO）=0.3mol/L，可以增大一氧化碳的量，平衡不一定逆向移動，故A錯誤；
B．若將容器體積縮小到原來的一半，相當于增大壓強，濃度增大一倍，平衡向氣體體積減小的方向進行，達到新平衡時，0.2mol/L＜c（CO）＜0.4mol/L，故B正確；
C．若向容器中同時加入0.4mol CO和0.8mol CH₃OH（g），和0.2molCO，0，2molH₂，0.4molCH₃OH的平衡狀態極值轉換后相同，故平衡不移動，故C正確；
D．反應是放熱反應，若升高溫度平衡逆向進行，平衡常數將減小，故D錯誤；
故答案為：BC；
Ⅲ．（1）若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，電池總反應式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極上是一氧化碳得到電子生成甲醇，電極反應式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O；
（2）若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，反應為SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，則負極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

點評：本題考查了流程圖的分析判斷，熱化學方程式的蓋斯定律計算應用，化學平衡的計算應用，平衡狀態的影響因素分析，原電池電極反應書寫方法，題目難度中等．