Question

（14分）Ⅰ．在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO₂与太阳能电池电解水产生的H₂合成甲醇，其过程如下图所示，试回答下列问题：

(1)该合成路线对于环境保护的价值在于        。

(2)15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO₂吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因        。

(3)CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol，写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH的热化学方程式：                               。

Ⅱ．将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：

2CO₂(g) + 6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+ 3H₂O(g)

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

(4)该反应的焓变△H      0，熵变△S___0（填＞、＜或＝）。

(5)用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式            。若以1.12 L·min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L^-1CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜      g。

 

Answer 1

⑴ 有利于防止温室效应

⑵HOCH₂CH₂NH₂ ＋ H₂OHOCH₂CH₂NH₃^＋＋ OH^－]

⑶ CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H＝－131.9kJ/mol（3分）

(4) ＜（1分），＜（1分）    （5）CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O  

(6)9.6（3分）

解析:⑵HOCH₂CH₂NH₂ 中的-NH₂为碱性基团，能结合水电离出的H⁺，使水的电离平衡正向移动，OH^-浓度增大，导致溶液中C（H⁺）＜C（OH^-），故乙醇胺水溶液呈弱碱性；

（3）由题意，得下列热化学方程式：

        CH₃OH（l）+3/2O₂(g) →CO₂(g)+2H₂O(l)  △H＝－725.5kJ/mol  ①

        H₂(g)+1/2O₂(g)→H₂O(l)      △H＝－285.8kJ/mol  ②

②×3-①，得：CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H＝－131.9kJ/mol

（4）利用表格中的任同一横行数据分析：温度越高，CO₂的转化率越小，即升温，平衡逆向移动，则说明逆向为吸热反应，故正向为放热反应，△H＜0；

熵值表示体系的混乱度，该反应中由反应物到生成物气体的体积减小（2+8变到1+3），故体系的混乱度减小，△S＜0；

（5）在甲醚燃料电池中，发生甲醚的燃烧反应，而在该反应中甲醚失电子做还原剂，故在碱性介质中负极的电极反应式为CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O①；

用甲醚燃料电池做电源，电解CuSO₄溶液时，回路中电荷守恒，则：

          Cu²⁺+2e^-=Cu    ②

由①②，得：CH₃OCH₃ －12e^－— 6 Cu

               1              6

(1.12 L·min^-1×0.50 min)/22.4L.mol^-1 

=0.025mol          n(Cu)

    故n(Cu)=0.025 mol×6=0.15 mol，m(Cu)= 0.15 mol×64g/mol=9.6g；