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（分子式为CH₃OH）．“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，生成气态的水和气态甲醇，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，其原因之一是考虑催化剂的活性，另外的一个原因是

 

．
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

 

． （填字母代号）
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1mol H₂
（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

 

，当电子转移的物质的量为

 

时，参加反应的氧气的体积是6.72L（标准状况下）．

Answer 1

考点：热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据碳酸氢钾受热分解的化学性质解答；
（2）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，书写热化学反应方程式时还应注意物质状态、反应热的正负号以及单位；
（3）①工业生产条件选择要考虑转化率、反应速率、对催化剂的影响、材料、成本等多方面综合考虑；
②由流程图可以找出循环利用的物质；
③根据影响化学平衡移动的因素来回答；
（3）负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应，正极上是氧化剂得电子发生还原反应．

解答： 解：（1）2.2kgCO₂的物质的量为：n=

m

M

=

2200g

44g/mol

=50mol，则1 mol CO₂与氢气合成甲醇放出热量为：

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）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.47kJ/mol；
（3）①从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，但温度越高，反应越快，所以实际生产中采用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：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措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的措施即使得化学平衡CO₂（g）+3H₂（g）?H₂O（g）+CH₃OH（g）正向移动即可．
A．升高温度，平衡逆向进行，比值减小，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，但是各组分浓度不变，平衡不动，比值不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，比值增大，故C正确；
D．再充入1mol H₂，平衡正向移动，比值增大，故D正确；
故选CD．
（4）燃料电池中，负极上是燃料甲醇失电子发生氧化反应，在碱性环境下，电极反应式为：CH₃OH+8OH?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O，正极上是氧化剂得电子发生还原反应，O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，参加反应的氧气的体积是6.72L（标准状况下）即0.3mol，转移电子是1.2mol．
故答案为：CH₃OH+8OH^?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O；1.2mol．

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，催化剂的影响因素等知识点，掌握基础知识并熟练运用这些知识是解答的关键，题目难度中等．