Question

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

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

．
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

．
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

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^-═CO₃^2-+6H₂O

．当电子转移的物质的量为

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（CO₃^2-）

．

Answer 1

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．

解答：解：（1）2.2kgCO₂的物质的量为：

2200g

44g/mol

=50mol，生成1mol甲醇放出热量为：

2473.5kJ

50mol

=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^-═CO₃^2-+6H₂O，
n（O₂）=

6.72L

22.4L/mol

=0.3mol，1molO₂反应转移4mol电子，故0.3molO₂转移1.2mol，
故答案为：CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+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（CO₃^2-），由此可知离子浓度大小关系为：
c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），
故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）．

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．