Question

15．在一定條件下，科學家利用從煙道氣中分離出CO₂與太陽能電池電解水產(chǎn)生的H₂合成甲醇，其過程如圖所示，試回答下列問題：

（1）15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，圖示合成線路中用作CO₂吸收劑．用離子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱堿性的原因HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-．
（2）CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol，寫出工業(yè)上以CO₂、H₂合成CH₃OH的熱化學方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol．
（3）500℃時，密閉容器中充入1mol/L CO₂和3mol/LH₂發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）$?_{高溫高壓}^{催化劑}$CH₃OH（g）+H₂O（g）
測得有關數(shù)據(jù)如表：

反應時間/min	3	5	7	10	13
c（CO2）/mol•L-1	0.50	0.37	0.30	0.25	0.25

計算該反應的平衡常數(shù)K（保留一位小數(shù)）5.3；
（4）以滲透于多孔基質的惰性導電物材料為電極，用35～50%KOH為電解液，甲醇和空氣為原料，構成堿性燃料電池．請寫電極反應
正極：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負極：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O．
（5）合成甲醇的另一種反應是：CO_（g）+2H_2（g）?CH₃OH_（g），試分析此反應是放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應．對已達平衡此反應在保證氫氣濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡B移動；
A．正向移動    B．不移動     C．逆向移動    D．不一定．

Answer 1

分析 （1）氨基結合水電離平衡中的氫離子，促進水電離平衡正向進行，氫氧根離子濃度增大，溶液顯堿性；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$得到反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），利用蓋斯定律計算反應熱，并書寫熱化學方程式；
（3）利用三段式法結合K的表達式計算平衡常數(shù)；
（4）甲醇和空氣為原料，構成堿性燃料電池，負極上甲醇失電子生成碳酸根離子，正極上是氧氣得電子的還原反應，據(jù)此書寫電極反應式；
（5）根據(jù)化合反應的特點分析，結合平衡移動原理判斷反應的方向．

解答 解：（1）乙醇胺水溶液呈弱堿性是取代基氨基結合氫離子，使溶液中的氫氧根離子濃度增大，反應的離子方程式為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，
故答案為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-；
（2）甲醇和氫氣的燃燒熱書寫其熱化學方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；所以△H=×$\frac{3}{2}$（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-131.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9KJ/mol
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始：1mol/L    3mol/L     0           0
轉化：0.75mol/L 2.25mol/L 0.75mol/L   0.75mol/L
平衡：0.25mol/L 0.75mol/L  0.75mol/L   0.75mol/L
則k=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.3，
故答案為：5.3；
（4）甲醇和空氣為原料，構成堿性燃料電池，負極上甲醇失電子生成碳酸根離子，負極的電極反應式為：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，正極正極上是氧氣得電子的還原反應，即反應為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；
（5）大多數(shù)的化合反應是放熱的，所以CO_（g）+2H_2（g）?CH₃OH_（g）為放熱反應，對已達平衡此反應在保證氫氣濃度不變的情況下，增大容器的體積，各組分的濃度都不變，壓強不變，所以平衡不會移動，故答案為：放熱；B．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數(shù)的影響因素判斷，原電池、電解池的電極反應書寫，原理應用和電子守恒計算，題目難度中等