Question

15．近年来对CO₂的利用和捕获已受到科学家们的广泛关注．如可利用CO₂制甲醇，利用碱性溶液对CO₂进行捕获等．

（1）已知CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=akJ•mol^-1．恒温下，向反应体系中加入固体催化剂，则该反应的反应热值a不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO₂和3molH₂，进行上述反应．测得CO₂和CH₂OH（g）的物质的量浓度随时间变化如图所示．则0～10min内，CO₂的平均反应速率为0.075mol/（L．min）．若第10min后，向该容器中再充入1.5molCO₂和4.5molH₂，则再次达到平衡时CH₂OH（g）的体积分数增大．（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）甲醇燃料电池是以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，使用酸性电解质，负极的反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
（4）据报道，有一种先进的电解方法可将CO₂转换成CO和H₂，反应原理为：CO₂（g）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）+O₂（g）．工作原理可用如图表示，图中A为电源，O^2-可在固体电解质中移动．则a极为电解池的阳极极，CO₂在b电极上放电的反应式是CO₂+2e^-=CO+O^2-．
（5）用NaOH溶液捕获CO₂后，其产物之一是NaHCO₃，NaHCO₃的水溶液呈碱性，原因是（用离子方程式和简要文字解释）碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，导致溶液呈碱性，离子方程式为HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺．

Answer 1

分析 （1）催化剂只影响反应速率，不改变反应焓变；
（2）CO₂的平均反应速率=$\frac{△c}{△t}$；若第10min后，向该容器中再充入1.5molCO₂和4.5molH₂，相当于增大压强，平衡正向移动；
（3）该燃料电池中，电解质溶液呈酸性，负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子；
（4）根据图知，a极上生成氧气，则氧离子失电子发生氧化反应，为阳极，b为阴极，b电极上二氧化碳得电子发生还原反应生成CO；
（5）碳酸氢钠是强碱弱酸酸式盐，碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，导致碳酸氢钠溶液呈碱性．

解答 解：（1）催化剂只影响反应速率，不改变反应焓变，所以恒温下，向反应体系中加入固体催化剂，则该反应的反应热值a不变，故答案为：不变；
（2）CO₂的平均反应速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.00-0.25}{10}$mol/（L．min）=0.075mol/（L．min）；若第10min后，向该容器中再充入1.5molCO₂和4.5molH₂，相当于增大压强，平衡正向移动，甲醇的含量增大，
故答案为：0.075mol/（L．min）；增大；
（3）该燃料电池中，电解质溶液呈酸性，负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（4）根据图知，a极上生成氧气，则氧离子失电子发生氧化反应，为阳极，b为阴极，b电极上二氧化碳得电子发生还原反应生成CO，电极反应式为CO₂+2e^-=CO+O^2-，
故答案为：阳极；CO₂+2e^-=CO+O^2-；
（5）碳酸氢钠是强碱弱酸酸式盐，碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，导致碳酸氢钠溶液呈碱性．，离子方程式为HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，
故答案为：碱；碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，导致溶液呈碱性，离子方程式为HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺．

点评 本题考查化学反应原理，涉及盐类水解、原电池和电解池原理、化学平衡计算等知识点，难点是电极反应式的书写，注意：书写电极反应式要结合电解质特点书写，常见的燃料电池电解质有：酸溶液、碱溶液、熔融碳酸盐、熔融金属氧化物，电解质不同，电极反应式不同．