Question

人类活动产生的CO₂长期积累，威胁到生态环境，其减排问题受到全世界关注。

（1）工业上常用高浓度的K₂CO₃ 溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃ 溶液再生，其装置示意图如下：

在阳极区发生的反应包括                     和H ⁺+ HCO₃^-=H₂O+CO₂↑。

简述CO₃^2-在阴极区再生的原理                 。

（2）再生装置中产生的CO₂和H₂在一定条件下反应生成甲醇等产物，工业上利用该反应合成甲醇。

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

写出CO₂和H₂生成气态甲醇等产物的热化学方程式           。

下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图，其中正确的是      （填字母序号）。

a                     b                   c                   d

（3）微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇

微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下：

该电池外电路电子的流动方向为            （填写“从A到B”或“从B到A”）。

工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将          （填写“增大”、“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计）。

A电极附近甲醇发生的电极反应式为             。

 

Answer 1

【答案】

（1）①4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（2分）

②答案1：HCO₃ ^–存在电离平衡：HCO₃ ^– H⁺+CO₃^2- （1分），阴极H⁺放电浓度减小平衡右移（1分）CO₃^2-再生

答案2：阴极H⁺放电OH^-浓度增大（1分），OH^-与HCO₃ ^–反应生成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从A到B（1分）        ②不变（1分）

③CH₃OH+H₂O - 6e^-=6H⁺+ CO₂↑（2分）

【解析】

试题分析：（1）①阳极上H₂O电离出的OH‾失电子，电极方程式为：4OH ^- - 4e^-=2H₂O+O₂↑

②阴极上H⁺放电发生得电子反应:2H⁺+2e‾=H₂↑,HCO₃‾存在电离平衡：HCO₃‾CO₃²‾+H⁺，H⁺浓度减小，使HCO₃‾电离平衡向右移动，CO₃²‾浓度增大而再生。

（2）①首先写出CO₂与H₂反应生成甲醇的化学方程式，并注明状态，然后根据盖斯定律求∆H=3∆H₁—∆H₂= -50 kJ•mol‾¹，所以热化学方程式为：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H=-50 kJ•mol‾¹。

②该反应为放热反应，生成物为液态，放出的热量更多，所以a项图像正确。

（3） ①甲醇失去电子，为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。

②B电极上O₂得电子消耗H⁺，同时溶液中的H⁺移向B电极室，所以B电极室溶液的pH与工作前相比将不变。

③CH₃OH失电子，生成CO₂和H⁺，根据化合价变化和元素守恒配平方程式：CH₃OH+H₂O - 6e^-=6H⁺+ CO₂↑

考点：本题考查电解原理、原电池原理、方程式的书写、平衡移动、热化学方程式的书写。