Question

（2010?崇文區一模）最近科學家提出“綠色自由”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應后使空氣中的CO₂轉變為可再生燃料甲醇．“綠色自由”構想技術流程如圖1所示：

（1）分解池中發生分解反應的物質是

KHCO₃

．
（2）在合成塔中，若有2.2kg CO₂與足量H₂恰好完全反應，生成氣態的水和甲醇，可放出2473.5kJ的熱量，試寫出合成塔中發生反應的熱化學方程式

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化，而實際生產中采用300℃的溫度，原因之一是考慮到催化劑的催化活性，原因之二是

考慮反應快慢

．
②從合成塔中分離出甲醇的原理與下列哪個相符

c

（選填字母）．
a．過濾b．分液c．蒸餾
③“綠色自由”構想技術流程中常包括物質和能量的“循環利用”，上述流程中能體現“循環利用”的除碳酸鉀溶液外，還包括

高溫水蒸氣

．
（4）圖2是甲醇燃料電池的結構示意圖．已知電池總反應為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．通入a-端的電極是

負極

（填“正極”或“負極”），負極發生的電極反應是

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）根據碳酸氫鉀受熱分解的化學性質解答；
（2）計算出生成1mol甲醇放出的熱量，即可寫出反應的熱化學方程式，書寫熱化學反應方程式時還應注意物質狀態、反應熱的正負號以及單位；
（3）①工業生產條件選擇要考慮轉化率、反應速率、對催化劑的影響、材料、成本等多方面綜合考慮；
②從合成塔出來的主要為甲醇與水的混合液，甲醇與水互溶，沸點相差大；
③由流程圖可以找出循環利用的物質；
（4）負極上燃料甲醇失電子發生氧化反應，正極上是氧化劑得電子發生還原反應．

解答：解：（1）高溫水蒸氣，碳酸氫鉀受熱可分解成碳酸鉀、二氧化碳和水，方程式為：2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+H₂O+CO₂↑，故答案為：KHCO₃；
（2）2.2kgCO₂的物質的量為：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，則合成塔中發生反應的熱化學方程式為：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化，但溫度越高，反應越快，所以實際生產中采用300°C的溫度，是因為在用300°C時，催化劑活性最大，反應速率最快，故采用此溫度，
故答案為：考慮反應快慢；
②從合成塔出來的主要為甲醇與水的混合液，甲醇與水互溶，沸點相差大，可用蒸餾的方法分離，故答案為：c；
③從反應流程來看，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，水蒸氣可循環利用，故答案為：高溫水蒸氣；
（4）燃料電池中，負極上是燃料失電子發生氧化反應，正極上是氧化劑得電子發生還原反應，通過圖片知，氫離子從左向右移動，說明a處通入的是甲醇，甲醇反應生成氫離子，電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，氫離子到達b處和氧氣反應生成水，所以b處通入的物質是氧氣，氧氣得電子發生還原反應，
故答案為：負極；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

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