Question

人類活動產(chǎn)生的CO₂長期積累，威脅到生態(tài)環(huán)境，其減排問題受到全世界關注。

（1）工業(yè)上常用高濃度的K₂CO₃ 溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用電解法使K₂CO₃溶液再生，其裝置示意圖如下：

在陽極區(qū)發(fā)生的反應包括                     和H ⁺+ HCO₃^- == H₂O + CO₂↑。

（2）再生裝置中產(chǎn)生的CO₂和H₂在一定條件下反應生成甲醇等產(chǎn)物，工業(yè)上利用該反應合成甲醇。

已知：25 ℃，101 KPa下：

H₂(g) + O₂(g) === H₂O(g)  Δ H₁= —242 kJ·mol^－1

CH₃OH(g) +O₂(g) === CO₂ (g) + 2 H₂O(g)  Δ H₂= —676 kJ·mol^－1

① 寫出CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇等產(chǎn)物的熱化學方程式                       。

② 下面表示合成甲醇的反應的能量變化示意圖，其中正確的是      （填字母序號）。

a                  b                   c                   d

（3）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，示意圖如下：

①該電池外電路電子的流動方向為            （填寫“從A到B”或“從B到A”）。

②A電極附近甲醇發(fā)生的電極反應式為             。

Answer 1

【知識點】原電池和電解池的工作原理；用蓋斯定律進行有關反應熱的計算．   F5

【答案解析】（1）4OH ^- - 4e^- == 2H₂O + O₂↑（2分）

（2）①CO₂(g) + 3H₂(g) == CH₃OH(g) + H₂O(g)  △H = —50 kJ·mol^－1（2分）   ② a（1分）

（3） ①從A到B（1分）      ②CH₃OH + H₂O - 6e^- == 6H⁺+ CO₂↑（2分）

   解析: （1）①陽極上應該是氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應式為

4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；

（2）①H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol①
CH₃OH（g）+3/2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol②
將方程式3①-②得

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol；②該反應是放熱反應，反應物總能量大于生成物總能量，物質(zhì)越穩(wěn)定，其能量越小，所以液態(tài)物質(zhì)的能量小于氣態(tài)物質(zhì)，則符合條件的圖象是a，故選a；
（3）①該燃料電池中，甲醇失電子發(fā)生氧化反應，所以A是負極，B是正極，電子從負極A流向正極B； ②正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，溶液濃度變小，所以溶液的pH變大；③A電極上甲醇失電子和水反應生成氫離子和二氧化碳，電極反應式為：

CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑。

【思路點撥】本題考查了原電池原理、蓋斯定律、電解原理等知識點，根據(jù)燃料電池中正負極發(fā)生的電極反應、蓋斯定律的內(nèi)涵、電解池中離子放電順序來分析解答，難點是電極反應式的書寫，綜合性較強，難度中等。