题目内容
【题目】人类活动产生的CO2长期积累,威胁到生态环境,其减排问题受到全世界关注。
(1)工业上常用高浓度的K2CO3 溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3 溶液再生,其装置示意图如下:
①在阳极区发生的反应包括 和H++HCO3-H2O+CO2↑。
②简述CO32-在阴极区再生的原理 。
(2)再生装置中产生的CO2和H2在一定条件下反应生成甲醇等产物,工业上利用该反应合成甲醇。已知:25 ℃,101 KPa下:
H2(g)+ O2(g)H2O(g)ΔH1=-242kJ·mol-1
CH3OH(g)+ O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH2=-676kJ·mol-1
①写出CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式 。
②下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图,其中正确的是 (填字母序号)。
A B C D
(3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液为酸性,示意图如下:
、
①该电池外电路电子的流动方向为 (填写“从A到B”或“从B到A”)。
②A电极附近甲醇发生的电极反应式为 。
【答案】
(1)①4OH–-4e-=2H2O+O2↑;②HCO3–存在电离平衡:HCO3–H++CO32-,阴极H+放电浓度减小平衡右移。(或阴极H+放电OH-浓度增大,OH-与HCO3–反应生成CO32-)
(2)①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50kJ·mol-1;②A
(3)①从A到B;②CH3OH+H2O-6e-=6H++CO2↑
【解析】
试题分析:(1)①阳极上氢氧根离子放电生成氧气和水,电极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑,故答案为:4OH--4e-═2H2O+O2↑;②HCO3-存在电离平衡:HCO3-H++CO32-,阴极H+放电浓度减小平衡右移,CO32-再生;阴极H+放电OH-浓度增大,OH-与HCO3-反应生成CO32-,CO32-再生,故答案为:HCO3-存在电离平衡:HCO3-H++CO32-,阴极H+放电浓度减小,平衡右移,CO32-再生;阴极H+放电OH-浓度增大,OH-与HCO3-反应生成CO32-,CO32-再生;
(2)①H2(g)+O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol①,CH3OH(g)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(g) △H2=-676kJ/mol ②,将方程式3①-②得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H =3×(-242kJ/mol)-(-676kJ/mol) =-50 kJ/mol,故答案为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol;②该反应是放热反应,反应物总能量大于生成物总能量,物质越稳定,其能量越小,所以液态物质的能量小于气态物质,则符合条件的图象是A,故选A;
(3)①该燃料电池中,甲醇失电子发生氧化反应,所以A是负极,B是正极,电子从负极A流向正极B,故答案为:从A到B;②A电极上甲醇失电子和水反应生成氢离子和二氧化碳,电极反应式为:CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑,故答案为:CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑。