Question

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，低碳循环正成为科学家研究的主要课题．
Ⅰ．最近有科学家提出构想：把空气吹入饱和碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇．该构想技术流程如下：

（1）向分解池中通入高温水蒸气的作用是

 

．
（2）已知在常温常压下：
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
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为

 

．
Ⅱ．一氧化碳与氢气也可以合成甲醇，反应为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
（1）某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡，测得c（H₂）=2.2mol?L^-1，则CO的转化率为

 

．
（2）T₁℃时，此反应的平衡常数为K（T₁）=50．此温度下，在一个2L的密闭容器中加入一定量CO和H₂，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/（mol?L-1）	0.2	0.2	0.4

①比较此时正、逆反应速率的大小：v_正

 

v_逆值（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若其他条件不变时，只改变反应的某一个条件，下列说法正确的是

 

．
A．若达到新平衡时c（CO）=0.3mol/L，平衡一定逆向移动
B．若将容器体积缩小到原来的一半，达到新平衡时，0.2mol/L＜c（CO）＜0.4mol/L
C．若向容器中同时加入0.4mol CO和0.8mol CH₃OH（g），平衡不移动
D．若升高温度，平衡常数将增大
Ⅲ．CO₂和SO₂的处理是许多科学家都在着力研究的重点．有学者想以如图所示装置用燃料电池原理将CO₂、SO₂转化为重要的化工原料．

（1）若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，电池总反应式为CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，则正极反应式为

 

．
（2）若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极反应式为

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）空气在二氧化碳再吸收池中转化为碳酸氢钾，合成塔内为氢气与二氧化碳反应合成甲醇，所以分解池应提供二氧化碳；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
Ⅱ．（1）依据化学平衡三段式列式计算，反应速率等于单位时间内难度变化计算得到；
（2）①依据浓度商和平衡常数比较分析反应进行的方向；
②依据化学平衡移动原理和影响因素分析判断；
Ⅲ．①燃料电池的工作原理，正极上是一氧化碳发生得电子发生还原反应；
②根据电极反应：SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄进行分析，负极是二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸．

解答：解：Ⅰ．（1）空气在二氧化碳再吸收池中转化为碳酸氢钾，合成塔内为氢气与二氧化碳反应合成甲醇，所以分解池应提供二氧化碳．向分解池中通入高温水蒸气的作用是提供高温环境使KHCO₃分解，故答案为：提供高温环境使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
依据盖斯定律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，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡，测得c（H₂）=2.2mol?L^-1，物质的量为4.4mol；
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  2       6           0
变化量（mol）  0.8    1.6         0.8
平衡量（mol）  1.2    4.4         0.8
则CO的转化率为=

0.8

2

×100%=40%；
故答案为：40%；
（2）①T₁℃时，此反应的平衡常数为K（T₁）=50．
Qc=

0.4

0.2×0．22

=50=K，故反应达到平衡，正逆反应速率相同；
故答案为：=；  
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
A．若达到新平衡时c（CO）=0.3mol/L，可以增大一氧化碳的量，平衡不一定逆向移动，故A错误；
B．若将容器体积缩小到原来的一半，相当于增大压强，浓度增大一倍，平衡向气体体积减小的方向进行，达到新平衡时，0.2mol/L＜c（CO）＜0.4mol/L，故B正确；
C．若向容器中同时加入0.4mol CO和0.8mol CH₃OH（g），和0.2molCO，0，2molH₂，0.4molCH₃OH的平衡状态极值转换后相同，故平衡不移动，故C正确；
D．反应是放热反应，若升高温度平衡逆向进行，平衡常数将减小，故D错误；
故答案为：BC；
Ⅲ．（1）若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，电池总反应式为CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，则正极上是一氧化碳得到电子生成甲醇，电极反应式为：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案为：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O；
（2）若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，反应为SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，则负极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

点评：本题考查了流程图的分析判断，热化学方程式的盖斯定律计算应用，化学平衡的计算应用，平衡状态的影响因素分析，原电池电极反应书写方法，题目难度中等．