Question

【題目】分人類活動產生的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CO32-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) ΔH1=" -242" kJ/mol

CH3OH(g) + 3/2 O2(g) ="==" CO2(g) + 2 H2O(g) ΔH2=" -676" kJ/mol

① 寫出CO2和H2生成氣態甲醇等產物的熱化學方程式 。

② 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)。

（3）在密閉的再生裝置中，加入5 mol H2與2 mol CO2發生反應生成甲醇，反應達到平衡時，改變溫度(T)和壓強(P)，反應混合物中甲醇(CH3OH)的物質的量分數變化情況如下圖所示，下列說法正確的是

A．P1> P2> P3>P4

B．甲醇的物質的量分數越高，反應的平衡常數越大

C．圖示中，該反應的溫度變化為：T1> T2> T3>T4

D．T4、P4、時，H2的平衡轉化率為60%

（4）已知某種甲醇燃料電池中，電解質溶液為酸性，示意圖如下：

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

【答案】（1）①4OH--4e-=2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑)

②HCO3–存在電離平衡：HCO3–H++CO32-，陰極H+放電，濃度減小平衡右移

(或溶液中H+放電，增大了OH–濃度，與HCO3–反應，從而使CO32-再生)

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

（3）ACD（4）不變；CH3OH+H2O-6e-=6H++CO2↑

【解析】試題分析：（1）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應式為4OH--4e-═2H2O+O2↑，故答案為：4OH--4e-═2H2O+O2↑；

②HCO3-存在電離平衡：HCO3-H++CO32-，陰極H+放電濃度減小平衡右移，CO32-再生，故答案為：HCO3-存在電離平衡：HCO3-H++CO32-，陰極H+放電，濃度減小平衡右移；

（2）①H2(g)+ O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol①，CH3OH(g)+ 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該反應是放熱反應，反應物總能量大于生成物總能量，物質越穩定，其能量越小，所以液態物質的能量小于氣態物質，則符合條件的圖象是a，故答案為：a；

（3）A．增大壓強，平衡正向移動，則反應混合物中甲醇(CH3OH)的物質的量分數逐漸增大，即P1＞P2＞P3＞P4，故A正確；B．平衡常數只受溫度的影響，溫度不變，平衡常數不變，故B錯誤；C．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，△H＜0，此反應為放熱反應，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，甲醇的物質的量分數是0.2，設消耗氫氣的物質的量是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

=0.2，解得x=1，所以H2的平衡轉化率為×100%=60%，故D正確；故答案為：ACD；

（4）B電極反應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，氫離子物質的量不變，溶液體積變化忽略不計，溶液中氫離子濃度不變，故溶液pH不變；A電極是原電池負極，甲醇失電子發生氧化反應，在酸溶液中生成二氧化碳，由電荷守恒可知有H+生成，電極反應式為：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑，故答案為：不變；H3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑。