Question

一种将CO₂变为燃料或有机化学品的构想分成3个步骤：
①利用浓碳酸钾溶液吸收空气中的CO₂；
②将第①步吸收液电解产生H₂和O₂，同时分离出CO₂；
③将第②步产生的H₂和CO₂在一定条件下转化成CH₄和H₂O₂．
已知：H₂（g）+

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2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
（1）第③步反应的热化学方程式为

 

．
（2）若在第②步电解吸收液时产生11.2LO₂（标准状况下），则第③步中最多可制得

 

L甲烷（标准状况下）
（3）为探究在密闭容器中进行第③步反应的最佳投料比，某研究小组向恒温（T₁、T₂均大于100℃）恒容容器中充入一定量的H₂，在其他条件不变的情况下，改变起始CO₂的物质的量测定达到平衡时CH₄的体积分数，实
验结果如图所示．则a、c两点处所的平衡状态中，氢气的转化率的大小关系是a（a）

 

a（c）（填“＞”“＜”或“=”），a、b、c、d四点所处的平衡状态中，对应的平衡常数K_a、K_b、K_c、K_d的大小关系是

 

．
（4）H₂和CO₂在一定条件下也能转化成甲酸．甲酸，空气，质子交换膜和惰性电极组成的燃料电池工作时，负极发生的电极反应可表示为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡建立的过程,化学平衡常数的含义

专题：

分析：（1）根据盖斯定律计算；
（2）根据化学方程式计算；
（3）根据平衡移动原理分析；根据平衡常数与温度的关系；
（4）甲酸和空气，质子交换膜和惰性电极组成的燃料电池，则燃料为负极反应物，即甲酸为负极反应物．

解答： 解：（1）已知：H₂（g）+

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2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
根据盖斯定律△H=4△H₁-△H₂=-253.6kJ/mol；故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol；
（2）根据方程：2H₂O

通电  .

2H₂↑+O₂↑ CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；  2H₂ ～O₂ ～

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2

CH₄ 
                                                          11.2L   5.6L
故答案为：5.6L；                                                        
（3）增大二氧化碳的浓度平衡正移，氢气的转化率增大，所以氢气的转化率的大小关系是a（a）＜a（c）；由于平衡常数只与温度有关，升高温度平衡逆移，K要减小，故答案为：＜；K_a=K_c＞K_b=K_d；
（4）甲酸和空气，质子交换膜和惰性电极组成的燃料电池，则燃料为负极反应物，即甲酸为负极反应物，所以负极反应为：HCOOH-2e^-=CO₂↑+2H⁺；
故答案为：甲酸和空气，质子交换膜和惰性电极组成的燃料电池，则燃料为负极反应物，即甲酸为负极反应物．

点评：本题考查了盖斯定律的应用，根据方程式的计算，化学平衡，燃料电池电极的书写，综合性较强，考查学生的综合分析能力．