Question

人類活動產生的CO₂長期積累，威脅到生態環境，其減排問題受到全世界關注。
（1）工業上常用高濃度的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：

在陽極區發生的反應包括                    和H ⁺+ HCO₃^-=H₂O+CO₂↑。
簡述CO₃^2-在陰極區再生的原理                。
（2）再生裝置中產生的CO₂和H₂在一定條件下反應生成甲醇等產物，工業上利用該反應合成甲醇。
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生成氣態甲醇等產物的熱化學方程式          。
下面表示合成甲醇的反應的能量變化示意圖，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能直接轉化成電能的裝置。已知某種甲醇
微生物燃料電池中，電解質溶液為酸性，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電極附近甲醇發生的電極反應式為            。

Answer 1

（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）

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⁺放電發生得電子反應: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反應生成甲醇的化學方程式，并注明狀態，然后根據蓋斯定律求?H=3?H₁—?H₂= -50 kJ?mol?¹，所以熱化學方程式為：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g) △H="-50" kJ?mol?¹。
②該反應為放熱反應，生成物為液態，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⁺，根據化合價變化和元素守恒配平方程式：CH₃OH+H₂O - 6e^-=6H⁺+ CO₂↑