Question

甲醇是一种可再生燃料，它的沸点为64.7℃．有科学家提出：把含有过量CO₂的空气吹入碳酸钾溶液中，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后得到甲醇，其构想流程如下：

试回答下列问题：
（1）写出吸收池中主要反应的化学方程式

 

．
（2）在2×10⁵Pa、300℃合成塔中，若有440g CO₂与H₂恰好完全反应生成甲醇和水，放出495kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式

 

．
（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是：

 

；若要提高甲醇的产率，可采取的措施有（写2条）：

 

；

 

．
（4）甲醇的一个重要作用是可以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：

 

．
（5）986℃时，在容积不变的密闭容器中加入一定量的CO₂和H₂，发生发应：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）．CO₂、H₂的起始浓度都为1.0mol?L^-1，达到平衡浓度时CO₂、H₂的浓度均变为0.44mol?L^-1，试计算986℃时，该反应的平衡常数（写出计算过程，保留2位有效数字）．

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾；
（2）反应方程式为CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g），结合对应的物质的物质的量以及放出的热量计算反应热；
（3）依据反应速率和催化剂的活性分析判断；根据平衡影响因素和平衡移动原理分析选择；
（4）燃料电池是燃料在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，注意电解质溶液的环境因素写出电极反应；
（5）计算各物质的平衡浓度，根据平衡常数表达式计算．

解答： 解：（1）二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾，反应的方程式为K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃，故答案为：K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
（2）n（CO₂）=

440g

44g/mol

=10mol，可放出495 kJ的热量，反应的方程式为CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH （g）+H₂O（g），则生成1 mol CH₃OH放出热量49.5 kJ的热量，所以热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）

催化剂 .

高温高压

CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）

催化剂 .

高温高压

CH₃OH （g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ?mol^-1；
（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，较低温时反应速率过慢，生产效率低，合成塔中维持300℃的较高温度的原因提高反应速率，催化剂在此温度下活性最大，反应是放热反应，气体体积减小的反应，依据平衡移动原理可知反应正向进行提高甲醇的产率，应采取降温、加压，或将甲醇从混合体系中分离出来的措施，
故答案为：该温度下催化剂的活性最高（较低温时反应速率过慢，生产效率低）；降温、加压，或将甲醇从混合体系中分离出来；
（4）燃料电池是燃料在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，碱性电解质溶液中电极反应为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O或：2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始物质的量浓度（mol?L^-1） 1.0    1.0         0      0
转化物质的量浓度（mol?L^-1） 0.56   0.56       0.56    0.56
平衡物质的量浓度（mol?L^-1） 0.44   0.44       0.56    0.56     
k=

c(CO)?c(H2O)

c(CO2)?c(H 2)

=

0.56mol?L-1×0.56mol?L-1

0.44mol?L-1×0.44mol?L-1

=1.6，
故答案为：1.6．

点评：本题考查较为综合，涉及物质的分离、制备、热化学方程式的书写、化学平衡的移动以及电化学、平衡计算等问题，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意相关知识的把握．