Question

最近科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使空氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇（分子式為CH₃OH）．“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程如下：
（1）在合成塔中，若有2.2kgCO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的水和氣態(tài)甲醇，可
放出2473.5kJ的熱量，試寫出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）①上述合成反應(yīng)具有一定的可逆性，從平衡移動原理分析，低溫有利于原料氣的轉(zhuǎn)化，而實際生產(chǎn)中采用300°C的溫度，其原因之一是考慮催化劑的活性，另外的一個原因是

 

．
②“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程中常包括物質(zhì)和能量的“循環(huán)利用”，上述流程中能體現(xiàn)“循環(huán)利用”的除碳酸鉀溶液外，還包括

 

．
③下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

． （填字母代號）
A．升高溫度                 B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離     D．再充入1mol H₂
（3）甲醇可制作燃料電池．寫出以氫氧化鉀為電解質(zhì)的甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)式

 

，當(dāng)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為

 

時，參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)碳酸氫鉀受熱分解的化學(xué)性質(zhì)解答；
（2）計算出生成1mol甲醇放出的熱量，即可寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式時還應(yīng)注意物質(zhì)狀態(tài)、反應(yīng)熱的正負(fù)號以及單位；
（3）①工業(yè)生產(chǎn)條件選擇要考慮轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、對催化劑的影響、材料、成本等多方面綜合考慮；
②由流程圖可以找出循環(huán)利用的物質(zhì)；
③根據(jù)影響化學(xué)平衡移動的因素來回答；
（3）負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）2.2kgCO₂的物質(zhì)的量為：n=

m

M

=

2200g

44g/mol

=50mol，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量為：

2473.5kJ

50mol

=49.47kJ/mol，則合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.47kJ/mol；
（3）①從平衡移動原理分析，低溫有利于原料氣的轉(zhuǎn)化，但溫度越高，反應(yīng)越快，所以實際生產(chǎn)中采用300°C的溫度，是因為在用300°C時，催化劑活性最大，反應(yīng)速率最快，故采用此溫度，
故答案為：加快反應(yīng)速率；
②從反應(yīng)流程來看，分解池需要高溫水蒸氣，而合成塔溫度在300°C，故分離出甲醇后，水蒸氣可循環(huán)利用，故答案為：高溫水蒸氣；
③措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的措施即使得化學(xué)平衡CO₂（g）+3H₂（g）?H₂O（g）+CH₃OH（g）正向移動即可．
A．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，比值減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但是各組分濃度不變，平衡不動，比值不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，比值增大，故C正確；
D．再充入1mol H₂，平衡正向移動，比值增大，故D正確；
故選CD．
（4）燃料電池中，負(fù)極上是燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O，正極上是氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）即0.3mol，轉(zhuǎn)移電子是1.2mol．
故答案為：CH₃OH+8OH^?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O；1.2mol．

點評：本題為綜合題，考查了熱化學(xué)方程式的書寫，電極反應(yīng)式的書寫，催化劑的影響因素等知識點，掌握基礎(chǔ)知識并熟練運(yùn)用這些知識是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．