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(lái)，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．“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)的水和甲醇，可放出2473.5kJ的熱量，試寫(xiě)出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ?mol^-1

．
（2）①上述合成反應(yīng)具有一定的可逆性，從平衡移動(dòng)原理分析，低溫有利于原料氣的轉(zhuǎn)化，而實(shí)際生產(chǎn)中采用300°C的溫度，其原因是

考慮到催化劑的催化活性，加快反應(yīng)速率

．
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

高溫水蒸氣

．
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CD

．
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1molCO₂和3molH₂
（3）甲醇可制作燃料電池．寫(xiě)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

CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O

．當(dāng)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為

1.2mol

時(shí)，參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
（4）常溫下，0.1mol/L KHCO₃溶液的pH大于8，則溶液中各種離子濃度由大到小的順序?yàn)椋?!--BA-->

c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）

．

Answer 1

分析：（1）計(jì)算出生成1mol甲醇放出的熱量，即可寫(xiě)出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）從反應(yīng)速度和催化劑的活性考慮；從流程考慮；從影響平衡移動(dòng)的因素考慮；
（3）負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，考慮電解質(zhì)的參與反應(yīng)；根據(jù)氧氣的體積即可計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)；
（4）根據(jù)0.1mol/L KHCO₃溶液的pH大于8，可知碳酸氫根水解大于電離，再根據(jù)電離和水解規(guī)律比較出離子濃度大�。�

解答：解：（1）2.2kgCO₂的物質(zhì)的量為：

2200g

44g/mol

=50mol，生成1mol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）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ?mol^-1；
（2）①實(shí)際生產(chǎn)中采用300°C的溫度，是因?yàn)樵谟?00°C時(shí)，催化劑活性最大，反應(yīng)速率最快，故采用此溫度，故答案為：考慮到催化劑的催化活性，加快反應(yīng)速率；
②從反應(yīng)流程來(lái)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使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，平衡應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；充入氦氣，反應(yīng)體系濃度不變，對(duì)平衡無(wú)影響；將H₂O（g）從體系中分離，減少了生成物濃度，平衡正向進(jìn)行；再充入1molCO₂和3molH₂，相當(dāng)于加壓，平衡正向進(jìn)行，只有CD符合，故答案為：CD；
（3）負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，考慮電解質(zhì)的參與反應(yīng)，故電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
n（O₂）=

6.72L

22.4L/mol

=0.3mol，1molO₂反應(yīng)轉(zhuǎn)移4mol電子，故0.3molO₂轉(zhuǎn)移1.2mol，
故答案為：CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O；1.2mol；
（4）由于碳酸氫根水解，所以c（K⁺）＞c（HCO₃^-），由于水解是微弱的，所以c（HCO₃^-）＞c（OH^-），溶液顯堿性，所以c（OH^-）＞c（H⁺），
氫離子來(lái)源于兩個(gè)方面，一是水的電離，二是碳酸氫根的電離，故c（H⁺）＞c（CO₃^2-），由此可知離子濃度大小關(guān)系為：
c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），
故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）．

點(diǎn)評(píng)：本題為綜合題，考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，平衡的移動(dòng)，離子濃度大小比較等內(nèi)容．書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)一定要注意電解質(zhì)是否參與反應(yīng)．比較離子濃度大小時(shí)要考慮水解和電離規(guī)律，同時(shí)也要注意守恒關(guān)系．