Question

13．固定和利用CO₂，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體．

（1）工業上正在研究利用CO₂來生產甲醇燃料的方法．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
①寫出CO₂和H₂反應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圖1表示合成甲醇的反應的能量變化示意圖，其中正確的是a（填字母序號）．
（2）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學能直接轉化成電能的裝置．已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質溶液為酸性，示意圖如圖2．
①該電池外電路電子的流動方向為從A到B（填寫“從A到B”或“從B到A”）．
②工作結束后，B電極室溶液的酸性與工作前相比將不變（填寫“增大”、“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計）．
③A電極附近甲醇發生的電極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=6H⁺+CO₂↑．

Answer 1

分析 （1）①Ⅰ． H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
Ⅱ． CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
根據蓋斯定律，Ⅰ×3-Ⅱ可得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），反應焓變也進行相應計算；
②根據①中分析可知，正反應為放熱反應，則反應物總能量大于生成物總能量，由于氣態物質的能量高于液態物質，故生成液態產物放出的熱量更多；
（2）①甲醇在負極失電子發生氧化反應，A為負極，氧氣在正極得到電子發生還原反應，B為正極，電子從負極經外電路流向正極；
②B電極反應是氧氣得到電子生成氫氧根離子在酸性溶液中生成水，氫離子通過交換膜移向正極，氫離子物質的量不變，溶液體積變化忽略不計，溶液中氫離子濃度不變；
③A電極是原電池負極，甲醇失電子發生氧化反應，在酸溶液中生成二氧化碳，由電荷守恒可知有H⁺生成．

解答 解：（1）①Ⅰ． H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
Ⅱ． CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
根據蓋斯定律，Ⅰ×3-Ⅱ可得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；
②根據①中分析可知，正反應為放熱反應，則反應物總能量大于生成物總能量，由于氣態物質的能量高于液態物質，故生成液態產物放出的熱量更多，圖象中a符合，
故答案為：a；
（2）①甲醇在負極失電子發生氧化反應，A為負極，氧氣在正極得到電子發生還原反應，B為正極，電子從負極經外電路流向正極．即電子由A極經外電路流向B極，
故答案為：從A到B；
②B電極反應是氧氣得到電子生成氫氧根離子在酸性溶液中生成水，氫離子通過交換膜移向正極，氫離子物質的量不變，溶液體積變化忽略不計，溶液中氫離子濃度不變，故溶液pH不變，
故答案為：不變；
③A電極是原電池負極，甲醇失電子發生氧化反應，在酸溶液中生成二氧化碳，由電荷守恒可知有H⁺生成，電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫、原電池等，側重考查學生對知識的綜合應用，難度中等．