题目内容
最近科学家提出“绿色自由”构想:把空气吹入碳酸钾溶液,然后再把CO2从溶液中提取出来,经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇.“绿色自由”构想技术流程如下:

(1)在合成塔中,若有2.2kgCO2与足量H2恰好完全反应,生成气态的水和甲醇,可放出2473.5kJ的热量,试写出合成塔中发生反应的热化学方程式
(2)①上述合成反应具有一定的可逆性,从平衡移动原理分析,低温有利于原料气的转化,而实际生产中采用300°C的温度,其原因是
②“绿色自由”构想技术流程中常包括物质和能量的“循环利用”,上述流程中能体现“循环利用”的除碳酸钾溶液外,还包括
③下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是
A.升高温度 B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离 D.再充入1molCO2和3molH2
(3)甲醇可制作燃料电池.写出以氢氧化钾为电解质的甲醇燃料电池负极反应式
(4)常温下,0.1mol/L KHCO3溶液的pH大于8,则溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为:

(1)在合成塔中,若有2.2kgCO2与足量H2恰好完全反应,生成气态的水和甲醇,可放出2473.5kJ的热量,试写出合成塔中发生反应的热化学方程式
CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ?mol-1
CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ?mol-1
.(2)①上述合成反应具有一定的可逆性,从平衡移动原理分析,低温有利于原料气的转化,而实际生产中采用300°C的温度,其原因是
考虑到催化剂的催化活性,加快反应速率
考虑到催化剂的催化活性,加快反应速率
.②“绿色自由”构想技术流程中常包括物质和能量的“循环利用”,上述流程中能体现“循环利用”的除碳酸钾溶液外,还包括
高温水蒸气
高温水蒸气
.③下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是
CD
CD
.A.升高温度 B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离 D.再充入1molCO2和3molH2
(3)甲醇可制作燃料电池.写出以氢氧化钾为电解质的甲醇燃料电池负极反应式
CH3OH+8OH?-6e-═CO32-+6H2O
CH3OH+8OH?-6e-═CO32-+6H2O
.当电子转移的物质的量为1.2mol
1.2mol
时,参加反应的氧气的体积是6.72L(标准状况下).(4)常温下,0.1mol/L KHCO3溶液的pH大于8,则溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为:
c(K+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)
c(K+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)
.分析:(1)计算出生成1mol甲醇放出的热量,即可写出反应的热化学方程式;
(2)从反应速度和催化剂的活性考虑;从流程考虑;从影响平衡移动的因素考虑;
(3)负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应,考虑电解质的参与反应;根据氧气的体积即可计算转移电子数;
(4)根据0.1mol/L KHCO3溶液的pH大于8,可知碳酸氢根水解大于电离,再根据电离和水解规律比较出离子浓度大小.
(2)从反应速度和催化剂的活性考虑;从流程考虑;从影响平衡移动的因素考虑;
(3)负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应,考虑电解质的参与反应;根据氧气的体积即可计算转移电子数;
(4)根据0.1mol/L KHCO3溶液的pH大于8,可知碳酸氢根水解大于电离,再根据电离和水解规律比较出离子浓度大小.
解答:解:(1)2.2kgCO2的物质的量为:
=50mol,生成1mol甲醇放出热量为:
=49.47kJ/mol,则合成塔中发生反应的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ?mol-1,故答案为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ?mol-1;
(2)①实际生产中采用300°C的温度,是因为在用300°C时,催化剂活性最大,反应速率最快,故采用此温度,故答案为:考虑到催化剂的催化活性,加快反应速率;
②从反应流程来看,分解池需要高温水蒸气,而合成塔温度在300°C,故分离出甲醇后,水蒸气可循环利用,故答案为:高温水蒸气;
③使n(CH3OH)/n(CO2)增大,平衡应向正反应方向移动,升高温度,平衡逆向移动;充入氦气,反应体系浓度不变,对平衡无影响;将H2O(g)从体系中分离,减少了生成物浓度,平衡正向进行;再充入1molCO2和3molH2,相当于加压,平衡正向进行,只有CD符合,故答案为:CD;
(3)负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应,考虑电解质的参与反应,故电极反应式为:CH3OH+8OH?-6e-═CO32-+6H2O,
n(O2)=
=0.3mol,1molO2反应转移4mol电子,故0.3molO2转移1.2mol,
故答案为:CH3OH+8OH?-6e-═CO32-+6H2O;1.2mol;
(4)由于碳酸氢根水解,所以c(K+)>c(HCO3-),由于水解是微弱的,所以c(HCO3-)>c(OH-),溶液显碱性,所以c(OH-)>c(H+),
氢离子来源于两个方面,一是水的电离,二是碳酸氢根的电离,故c(H+)>c(CO32-),由此可知离子浓度大小关系为:
c(K+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-).
2200g |
44g/mol |
2473.5kJ |
50mol |
CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ?mol-1,故答案为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ?mol-1;
(2)①实际生产中采用300°C的温度,是因为在用300°C时,催化剂活性最大,反应速率最快,故采用此温度,故答案为:考虑到催化剂的催化活性,加快反应速率;
②从反应流程来看,分解池需要高温水蒸气,而合成塔温度在300°C,故分离出甲醇后,水蒸气可循环利用,故答案为:高温水蒸气;
③使n(CH3OH)/n(CO2)增大,平衡应向正反应方向移动,升高温度,平衡逆向移动;充入氦气,反应体系浓度不变,对平衡无影响;将H2O(g)从体系中分离,减少了生成物浓度,平衡正向进行;再充入1molCO2和3molH2,相当于加压,平衡正向进行,只有CD符合,故答案为:CD;
(3)负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应,考虑电解质的参与反应,故电极反应式为:CH3OH+8OH?-6e-═CO32-+6H2O,
n(O2)=
6.72L |
22.4L/mol |
故答案为:CH3OH+8OH?-6e-═CO32-+6H2O;1.2mol;
(4)由于碳酸氢根水解,所以c(K+)>c(HCO3-),由于水解是微弱的,所以c(HCO3-)>c(OH-),溶液显碱性,所以c(OH-)>c(H+),
氢离子来源于两个方面,一是水的电离,二是碳酸氢根的电离,故c(H+)>c(CO32-),由此可知离子浓度大小关系为:
c(K+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-).
点评:本题为综合题,考查了热化学方程式的书写,电极反应式的书写,平衡的移动,离子浓度大小比较等内容.书写电极反应式时一定要注意电解质是否参与反应.比较离子浓度大小时要考虑水解和电离规律,同时也要注意守恒关系.

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