Question

18．人類活動產(chǎn)生的CO₂長期積累，威脅到生態(tài)環(huán)境，其減排問題受到全世界關注．
（1）工業(yè)上常用高濃度的K₂CO₃ 溶液吸收CO₂，得溶液KHCO₃，再利用電解法使K₂CO₃ 溶液再生，其裝置示意圖如圖1：
①常溫下，KHCO₃溶液中離子濃度由大到小的順序是c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
②在陽極區(qū)發(fā)生的反應包括4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑和H⁺+HCO₃^-═H₂O+CO₂↑．
③在陰極區(qū)發(fā)生的反應包括2H⁺+2e^-═H₂↑和HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O．
④離子交換膜允許陰（填“陽”或“陰”）離子通過．
（2）再生裝置中產(chǎn)生的CO₂和H₂在一定條件下反應生成甲醇等產(chǎn)物，工業(yè)上利用該反應合成甲醇．已知：25℃，101KPa下：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242  kJ•mol^-1
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$ O₂（g）═CO₂ （g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ•mol^-1
①寫出CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇等產(chǎn)物的熱化學方程式CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ/mol．
②圖2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）．

（3）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置．已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，示意圖如圖3：
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pH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(fā)生的電極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑．

Answer 1

分析 （1）①KHCO₃溶液中的碳酸氫根離子水解大于電離，溶液呈堿性；
②裝置圖分析與電源正極相連的為電解池的陽極，與電源負極相連的為電解池的陰極，陽極上是氫氧根離子失電子生成氧氣；
③水電離出的氫離子放電生成氫氣，同時產(chǎn)生的氫氧根離子與碳酸氫根離子結合成水和碳酸根離子；
④碳酸氫根離子程度電離平衡、氫氧根離子和碳酸氫根離子反應生成碳酸根離子，來確是陰陽離子交換膜；
（2）①陽極熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
②依據(jù)寫出的熱化學方程式是放熱反應，反應物能量高于生成物，生成的氣體甲醇和水蒸氣，甲醇和水蒸氣變化為液體放熱，結合圖象分析判斷；
（3）①原電池原理分析，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，電子從負極氧外電路流向正極；
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，溶液PH不變；
③A電極是原電池負極失電子發(fā)生氧化反應，在酸溶液中生成二氧化碳．

解答 解：（1）①KHCO₃溶液中的碳酸氫根離子水解大于電離，溶液呈堿性，所以離子濃度的大小為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
②裝置圖分析與電源正極相連的為電解池的陽極，與電源負極相連的為電解池的陰極，陽極上是氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
③水電離出的氫離子放電生成氫氣，同時產(chǎn)生的氫氧根離子與碳酸氫根離子結合成水和碳酸根離子，反應的離子方程式為：HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O，故答案為：HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O；
④HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應生成CO₃^2-，CO₃^2-再生，所以碳酸氫根離子可以自由通過，即是陰離子交換膜，
故答案為：陰；
（2）①a、H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
b、CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
陽極蓋斯定律a×3-b得到CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇等產(chǎn)物的熱化學方程式：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； 
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；反應是放熱反應，反應物能量高于生成物，生成的氣態(tài)檢出和水變化為液體會放出熱量，分析圖象可知A符合；
故答案為：A；
（3）①原電池原理分析，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，電子從負極氧外電路流向正極，即A到B；
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，溶液PH不變，故答案為：不變：
③A電極是原電池負極失電子發(fā)生氧化反應，在酸溶液中生成二氧化碳，電極反應依據(jù)氫離子進行電荷配平得到，CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫，推斷出和電解池原理的分析應用，電極名稱和電極反應是解題關鍵，題目難度中等．