题目内容

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,低碳循环正成为科学家研究的主要课题.
Ⅰ.最近有科学家提出构想:把空气吹入饱和碳酸钾溶液,然后再把CO2从溶液中提取出来,经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇.该构想技术流程如下:
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(1)向分解池中通入高温水蒸气的作用是
 

(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol
③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ/mol
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为
 

Ⅱ.一氧化碳与氢气也可以合成甲醇,反应为CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0.
(1)某温度下,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡,测得c(H2)=2.2mol?L-1,则CO的转化率为
 

(2)T1℃时,此反应的平衡常数为K(T1)=50.此温度下,在一个2L的密闭容器中加入一定量CO和H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质 H2 CO CH3OH
浓度/(mol?L-1 0.2 0.2 0.4
①比较此时正、逆反应速率的大小:v
 
v值(填“>”、“<”或“=”).
②若其他条件不变时,只改变反应的某一个条件,下列说法正确的是
 

A.若达到新平衡时c(CO)=0.3mol/L,平衡一定逆向移动
B.若将容器体积缩小到原来的一半,达到新平衡时,0.2mol/L<c(CO)<0.4mol/L
C.若向容器中同时加入0.4mol CO和0.8mol CH3OH(g),平衡不移动
D.若升高温度,平衡常数将增大
Ⅲ.CO2和SO2的处理是许多科学家都在着力研究的重点.有学者想以如图所示装置用燃料电池原理将CO2、SO2转化为重要的化工原料.
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(1)若A为CO2,B为H2,C为CH3OH,电池总反应式为CO2+3H2=CH3OH+H2O,则正极反应式为
 

(2)若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极反应式为
 
分析:Ⅰ.(1)空气在二氧化碳再吸收池中转化为碳酸氢钾,合成塔内为氢气与二氧化碳反应合成甲醇,所以分解池应提供二氧化碳;
(2)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到;
Ⅱ.(1)依据化学平衡三段式列式计算,反应速率等于单位时间内难度变化计算得到;
(2)①依据浓度商和平衡常数比较分析反应进行的方向;
②依据化学平衡移动原理和影响因素分析判断;
Ⅲ.①燃料电池的工作原理,正极上是一氧化碳发生得电子发生还原反应;
②根据电极反应:SO2+O2+H2O=H2SO4进行分析,负极是二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸.
解答:解:Ⅰ.(1)空气在二氧化碳再吸收池中转化为碳酸氢钾,合成塔内为氢气与二氧化碳反应合成甲醇,所以分解池应提供二氧化碳.向分解池中通入高温水蒸气的作用是提供高温环境使KHCO3分解,故答案为:提供高温环境使KHCO3分解;
(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol
③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ/mol
依据盖斯定律①-②+③×4得到:2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)△H=-885.6kJ?mol-1
得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ?mol-1
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ?mol-1
Ⅱ.(1)将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡,测得c(H2)=2.2mol?L-1,物质的量为4.4mol;
               CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始量(mol)  2       6           0
变化量(mol)  0.8    1.6         0.8
平衡量(mol)  1.2    4.4         0.8
则CO的转化率为=
0.8
2
×100%=40%;
故答案为:40%;
(2)①T1℃时,此反应的平衡常数为K(T1)=50.
Qc=
0.4
0.2×0.22
=50=K,故反应达到平衡,正逆反应速率相同;
故答案为:=;  
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
A.若达到新平衡时c(CO)=0.3mol/L,可以增大一氧化碳的量,平衡不一定逆向移动,故A错误;
B.若将容器体积缩小到原来的一半,相当于增大压强,浓度增大一倍,平衡向气体体积减小的方向进行,达到新平衡时,0.2mol/L<c(CO)<0.4mol/L,故B正确;
C.若向容器中同时加入0.4mol CO和0.8mol CH3OH(g),和0.2molCO,0,2molH2,0.4molCH3OH的平衡状态极值转换后相同,故平衡不移动,故C正确;
D.反应是放热反应,若升高温度平衡逆向进行,平衡常数将减小,故D错误;
故答案为:BC;
Ⅲ.(1)若A为CO2,B为H2,C为CH3OH,电池总反应式为CO2+3H2=CH3OH+H2O,则正极上是一氧化碳得到电子生成甲醇,电极反应式为:CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O,
故答案为:CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O;
(2)若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,反应为SO2+O2+H2O=H2SO4,则负极反应式为:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+,故答案为:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+
点评:本题考查了流程图的分析判断,热化学方程式的盖斯定律计算应用,化学平衡的计算应用,平衡状态的影响因素分析,原电池电极反应书写方法,题目难度中等.
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