Question

低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，低碳循環(huán)正成為科學(xué)家研究的主要課題．
Ⅰ．最近有科學(xué)家提出構(gòu)想：把空氣吹入飽和碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．該�?gòu)想技術(shù)流程如下：

（1）向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是

 

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為

 

．
Ⅱ．一氧化碳與氫氣也可以合成甲醇，反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
（1）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡，測得c（H₂）=2.2mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（2）T₁℃時，此反應(yīng)的平衡常數(shù)為K（T₁）=50．此溫度下，在一個2L的密閉容器中加入一定量CO和H₂，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol?L-1）	0.2	0.2	0.4

①比較此時正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正

 

v_逆值（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若其他條件不變時，只改變反應(yīng)的某一個條件，下列說法正確的是

 

．
A．若達(dá)到新平衡時c（CO）=0.3mol/L，平衡一定逆向移動
B．若將容器體積縮小到原來的一半，達(dá)到新平衡時，0.2mol/L＜c（CO）＜0.4mol/L
C．若向容器中同時加入0.4mol CO和0.8mol CH₃OH（g），平衡不移動
D．若升高溫度，平衡常數(shù)將增大
Ⅲ．CO₂和SO₂的處理是許多科學(xué)家都在著力研究的重點．有學(xué)者想以如圖所示裝置用燃料電池原理將CO₂、SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料．

（1）若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，電池總反應(yīng)式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極反應(yīng)式為

 

．
（2）若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負(fù)極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）空氣在二氧化碳再吸收池中轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，合成塔內(nèi)為氫氣與二氧化碳反應(yīng)合成甲醇，所以分解池應(yīng)提供二氧化碳；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
Ⅱ．（1）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，反應(yīng)速率等于單位時間內(nèi)難度變化計算得到；
（2）①依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析反應(yīng)進(jìn)行的方向；
②依據(jù)化學(xué)平衡移動原理和影響因素分析判斷；
Ⅲ．①燃料電池的工作原理，正極上是一氧化碳發(fā)生得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②根據(jù)電極反應(yīng)：SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄進(jìn)行分析，負(fù)極是二氧化硫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸．

解答：解：Ⅰ．（1）空氣在二氧化碳再吸收池中轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，合成塔內(nèi)為氫氣與二氧化碳反應(yīng)合成甲醇，所以分解池應(yīng)提供二氧化碳．向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解，故答案為：提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-44.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①-②+③×4得到：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-885.6kJ?mol^-1；
得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡，測得c（H₂）=2.2mol?L^-1，物質(zhì)的量為4.4mol；
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  2       6           0
變化量（mol）  0.8    1.6         0.8
平衡量（mol）  1.2    4.4         0.8
則CO的轉(zhuǎn)化率為=

0.8

2

×100%=40%；
故答案為：40%；
（2）①T₁℃時，此反應(yīng)的平衡常數(shù)為K（T₁）=50．
Qc=

0.4

0.2×0．22

=50=K，故反應(yīng)達(dá)到平衡，正逆反應(yīng)速率相同；
故答案為：=；  
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
A．若達(dá)到新平衡時c（CO）=0.3mol/L，可以增大一氧化碳的量，平衡不一定逆向移動，故A錯誤；
B．若將容器體積縮小到原來的一半，相當(dāng)于增大壓強，濃度增大一倍，平衡向氣體體積減小的方向進(jìn)行，達(dá)到新平衡時，0.2mol/L＜c（CO）＜0.4mol/L，故B正確；
C．若向容器中同時加入0.4mol CO和0.8mol CH₃OH（g），和0.2molCO，0，2molH₂，0.4molCH₃OH的平衡狀態(tài)極值轉(zhuǎn)換后相同，故平衡不移動，故C正確；
D．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，若升高溫度平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)將減小，故D錯誤；
故答案為：BC；
Ⅲ．（1）若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，電池總反應(yīng)式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極上是一氧化碳得到電子生成甲醇，電極反應(yīng)式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O；
（2）若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，反應(yīng)為SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，則負(fù)極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

點評：本題考查了流程圖的分析判斷，熱化學(xué)方程式的蓋斯定律計算應(yīng)用，化學(xué)平衡的計算應(yīng)用，平衡狀態(tài)的影響因素分析，原電池電極反應(yīng)書寫方法，題目難度中等．