Question

【題目】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，其裝置示意圖如圖：

在陽極區發生的反應包括 和H ++ H2O + CO2↑。簡述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) +O2(g) H2O(g) Δ H1= 242 kJ/mol

CH3OH(g) +O2(g) CO2 (g) + 2 H2O(g) Δ H2= 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 4e2H2O + O2↑(或2H2O4e4H+ + O2↑) ②存在電離平衡： H+ +，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，與反應，從而使再生)

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

（3）ACD

（4）不變 CH3OH + H2O 6e6H++ CO2↑

【解析】本題考查電解池原理，熱化學方程式的書寫，化學平衡移動原理，原電池原理。

（1）在陽極區水電離產生的氫氧根離子放電生成氧氣和氫離子，氫離子再與碳酸氫根離子結合生成二氧化碳氣體和水，電極反應式為：①4OH 4e2H2O + O2↑(或2H2O4e4H+ + O2↑)②存在電離平衡：H+ +，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，與反應，從而使再生)。

（2）①H2(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，3乘以第一個反應再減去第二個反應即得CO2和H2生成氣態甲醇等產物的熱化學方程式：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H = 50 kJ/mol。②根據反應方程式，合成甲醇的反應是放熱反應，反應物總能量大于生成物總能量，等物質的量的同種物質氣態能量高于液態，故選a。

（3） A．根據反應方程式，溫度相同時壓強增大，合成甲醇的反應正向移動，平衡時甲醇的物質的量分數增大，由圖像知p1> p2> p3>p4，正確；B．化學方程式確定時平衡常數只與溫度有關，甲醇的物質的量分數高，反應的平衡常數可能相等，錯誤；C．溫度升高，平衡逆向移動，平衡時甲醇的物質的量分數減小，圖示中，該反應的溫度變化為：T1> T2> T3>T4，正確；D．T4、p4時甲醇物質的量分數為0.2，設甲醇物質的量為x。

，x=1，H2的平衡轉化率，3/5×100%=60%，正確，故選ACD。

（4）B電極室是電池的正極，氧氣得到電子與氫離子結合生成水，溶液體積變化忽略，所以工作結束后，B電極室溶液的pH與工作前不變；負極甲醇失去電子生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為：CH3OH + H2O 6e6H++ CO2↑。