题目内容

人类活动产生的CO2长期积累,威胁到生态环境,其减排问题受到全世界关注.
(1)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置示意图如下:

①在阳极区发生的反应包括
 
和H++HCO3-═H2O+CO2↑.
②简述CO32-在阴极区再生的原理
 
.
(2)再生装置中产生的CO2和H2在一定条件下反应生成甲醇等产物,工业上利用该反应合成甲醇.
已知:25℃,101KPa下:
H2(g)+
1
2
O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol
CH3OH(g)+
3
2
O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H2=-676kJ/mol
①写出CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式
 
.
②下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图,其中正确的是
 
(填字母序号).

(3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置.已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液为酸性,示意图如下:


①该电池外电路电子的流动方向为
 
(填写“从A到B”或“从B到A”).
②工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将
 
(填写“增大”、“减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计).
③A电极附近甲醇发生的电极反应式为
 
.
考点:电解原理,反应热和焓变,热化学方程式
专题:电化学专题
分析:(1)①装置图分析与电源正极相连的为电解池的阳极,与电源负极相连的为电解池的阴极,阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气;
②阴极H+放电OH-浓度增大,OH-与HCO3-反应生成CO32-,CO32-再生;
(2)①阳极热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式;
②依据写出的热化学方程式是放热反应,反应物能量高于生成物,生成的气体甲醇和水蒸气,甲醇和水蒸气变化为液体放热,结合图象分析判断;
(3)①原电池原理分析,甲醇在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极得到电子发生还原反应,电子从负极氧外电路流向正极;
②B电极反应是氧气得到电子生成氢氧根离子在酸性溶液中生成水,氢离子通过交换膜移向正极,溶液PH不变;
③A电极是原电池负极失电子发生氧化反应,在酸溶液中生成二氧化碳.
解答: 解:(1)①装置图分析与电源正极相连的为电解池的阳极,与电源负极相连的为电解池的阴极,阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应为:4OH--4e-═2H2O+O2↑,
故答案为:4OH--4e-═2H2O+O2↑;
②在阴极区,溶液中H+放电,破坏水的电离平衡,OH-浓度增大,OH-与HCO3-反应生成CO32-,所以CO32-再生,
故答案为:在阴极区,溶液中H+放电,OH-浓度增大,OH-与HCO3-反应生成CO32-,所以CO32-再生;
(2)①a、H2(g)+
1
2
O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol
b、CH3OH(g)+
3
2
O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H2=-676kJ/mol
阳极盖斯定律a×3-b得到CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol;
故答案为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol; 
②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol;反应是放热反应,反应物能量高于生成物,生成的气态检出和水变化为液体会放出热量,分析图象可知a符合;
故答案为:a;
(3)①原电池原理分析,甲醇在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极得到电子发生还原反应,电子从负极氧外电路流向正极,即A到B;
故答案为:从A到B;
②B电极反应是氧气得到电子生成氢氧根离子在酸性溶液中生成水,氢离子通过交换膜移向正极,溶液PH不变,故答案为:不变:
③A电极是原电池负极失电子发生氧化反应,在酸溶液中生成二氧化碳,电极反应依据氢离子进行电荷配平得到,CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑,
故答案为:CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑.
点评:本题考查了热化学方程式书写,推断出和电解池原理的分析应用,电极名称和电极反应是解题关键,题目难度中等.
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