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，其裝置示意圖如下：

①在陽極區發生的反應包括 和H++HCO3-H2O+CO2↑。

②簡述CO32-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)ΔH1=-242kJ·mol－1

CH3OH(g)+(3/2) O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH2=-676kJ·mol－1

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)。

A B C D

（3）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，示意圖如下：

①該電池外電路電子的流動方向為 (填寫“從A到B”或“從B到A”)。

②A電極附近甲醇發生的電極反應式為 。

Answer 1

【答案】

（1）①4OH–－4e-=2H2O+O2↑；

②HCO3–存在電離平衡：HCO3–H++CO32-，陰極H+放電濃度減小平衡右移。(或陰極H+放電OH-濃度增大，OH-與HCO3–反應生成CO32-)；

（2）①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=－50kJ·mol－1；②A；

（3）①從A到B；②CH3OH+H2O-6e-=6H++CO2↑；

【解析】

試題分析：（1）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應式為4OH--4e-═2H2O+O2↑，故答案為：4OH--4e-═2H2O+O2↑；

②HCO3-存在電離平衡：HCO3-H++CO32-，陰極H+放電濃度減小平衡右移，CO32-再生；陰極H+放電OH-濃度增大，OH-與HCO3-反應生成CO32-，CO32-再生，故答案為：HCO3-存在電離平衡：HCO3-H++CO32-，陰極H+放電濃度減小，平衡右移，CO32-再生(或陰極H+放電OH-濃度增大，OH-與HCO3-反應生成CO32-，CO32-再生)；

（2）①H2(g)+O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol①，

CH3OH(g)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(g) △H2=-676kJ/mol②，

將方程式3①-②得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)

△H=3×(-242kJ/mol)-(-676kJ/mol)=-50 kJ/mol，

故答案為：CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g) △H=-50 kJ/mol；

②該反應是放熱反應，反應物總能量大于生成物總能量，物質越穩定，其能量越小，所以液態物質的能量小于氣態物質，則符合條件的圖象是A，故選A；

（3）①該燃料電池中，甲醇失電子發生氧化反應，所以A是負極，B是正極，電子從負極A流向正極B，故答案為：從A到B；

②A電極上甲醇失電子和水反應生成氫離子和二氧化碳，電極反應式為：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑，故答案為：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑。