Question

Ⅰ．在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO₂与太阳能电池电解水产生的H₂合成甲醇，其过程如下图所示，试回答下列问题：

（1）该合成路线对于环境保护的价值在于               。
（2）15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO₂吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因                    。
（3）CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H＝－725.5 kJ/mol、△H＝－285.8 kJ/mol，写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH的热化学方程式：                             。
Ⅱ．将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂(g) + 6H₂(g)CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

 
（4）该反应的焓变△H     0，熵变△S     0（填＞、＜或＝）。
（5）用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式            。
（6）若以1.12 L·min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜  g。

Answer 1

（1）有利于防止温室效应 （2分）
（2）HOCH₂CH₂NH₂+H₂O HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-  （2分）
（3）CO₂(g)+3 H₂(g)= CH₃ OH(l)+ H₂O(l) △H=-131.9kJ/mol   （3分）
（4）<  (1分)，<  (1分)
(5) CH₃ OCH₃ -12e^-+16 OH^-=2CO₃^2-+11 H₂O   (3分 )
（6）9.6（2分 ）

试题分析：（1）氢气与二氧化碳合成甲醇，减少了二氧化碳的排放，有利于防止温室效应
（2）HOCH₂CH₂NH₂水解使溶液呈碱性，发生的离子方程式为HOCH₂CH₂NH₂+H₂O HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-
（3）根据盖斯定律，将甲醇与氢气的燃烧热化学方程式作相应调整，得△H=－285.8 kJ/mol×3-(－725.5 kJ/mol)=-131.9kJ/mol,所以合成甲醇的热化学方程式为CO₂(g)+3 H₂(g)= CH₃ OH(l)+ H₂O(l) △H=-131.9kJ/mol
（4）随温度升高，二氧化碳的转化率降低，说明升温平衡向逆向移动，正反应方向为放热反应，△H<0，反应物气体的总物质的量是8mol，生成物气体的总物质的量是4mol，所以△S<0；
（5）该电池负极是甲醚发生氧化反应，碱性介质中生成碳酸根离子，电极反应式为CH₃ OCH₃ -12e^-+16 OH^-=2CO₃^2-+11 H₂O
（6）0.5min甲醚的通入量是0.025mol，转移电子是0.3mol，根据得失电子守恒，Cu²⁺+2e^-=Cu，最终得0.15mol铜，其质量是9.6g。