Question

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：

在阳极区发生的反应包括                     和H ⁺+ HCO₃^- = H₂O + CO₂↑。

简述CO₃^2-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 ℃，101 KPa下： H₂(g) + 1/2 O₂(g) === H₂O(g)  Δ H₁= -242 kJ/mol

CH₃OH(g) + 3/2 O₂(g) === CO₂ (g) + 2 H₂O(g)  Δ H₂= -676 kJ/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）在密闭的再生装置中，加入5 mol H₂与2 mol CO₂发生反应生成甲醇，反应达到平衡时，改变温度(T)和压强(P)，反应混合物中甲醇(CH₃OH)的物质的量分数变化情况如下图所示，下列说法正确的是         

A．P₁> P₂> P₃>P₄

B．甲醇的物质的量分数越高，反应的平衡常数越大

C．图示中，该反应的温度变化为：T₁> T₂> T₃>T₄

D．T₄、P₄、时，H₂的平衡转化率为60%

（4）已知某种甲醇燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下：

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)。A电极附近甲醇发生的电极反应式为             。

Answer

（1）①4OH--4e-=2H2O+O2↑(或2H2O-4e-=4H++O2↑)

②HCO3–存在电离平衡：HCO3–H++CO32-，阴极H+放电，浓度减小平衡右移

(或溶液中H+放电，增大了OH–浓度，与HCO3–反应，从而使CO32-再生)

（2）①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50kJ/mol；②a

（3）ACD（4）不变；CH3OH+H2O-6e-=6H++CO2↑

【解析】

试题分析：（1）①阳极上氢氧根离子放电生成氧气和水，电极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑，故答案为：4OH--4e-═2H2O+O2↑；

②HCO3-存在电离平衡：HCO3-H++CO32-，阴极H+放电浓度减小平衡右移，CO32-再生，故答案为：HCO3-存在电离平衡：HCO3-H++CO32-，阴极H+放电，浓度减小平衡右移；

（2）①H2(g)+O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol①，CH3OH(g)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H2=-676kJ/mol②，将方程式3①-②得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=3×(-242kJ/mol)-(-676kJ/mol)=-50 kJ/mol，故答案为：CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol；

②该反应是放热反应，反应物总能量大于生成物总能量，物质越稳定，其能量越小，所以液态物质的能量小于气态物质，则符合条件的图象是a，故答案为：a；

（3）A．增大压强，平衡正向移动，则反应混合物中甲醇(CH3OH)的物质的量分数逐渐增大，即P1＞P2＞P3＞P4，故A正确；B．平衡常数只受温度的影响，温度不变，平衡常数不变，故B错误；C．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，△H＜0，此反应为放热反应，故升高温度，甲醇的含量减小，故T1＞T2＞T3＞T4，故C正确；D．T4、P4时，甲醇的物质的量分数是0.2，设消耗氢气的物质的量是3x，

3H2(g)十CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量：5 2 0 0

变化量：3x x x x

平衡量：5-3x 2-x x x

=0.2，解得x=1，所以H2的平衡转化率为×100%=60%，故D正确；故答案为：ACD；

（4）B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，氢离子物质的量不变，溶液体积变化忽略不计，溶液中氢离子浓度不变，故溶液pH不变；A电极是原电池负极，甲醇失电子发生氧化反应，在酸溶液中生成二氧化碳，由电荷守恒可知有H+生成，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑，故答案为：不变；CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑。

【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理；用盖斯定律进行有关反应热的计算；化学平衡的影响因素

【名师点晴】本题考查较综合，涉及原电池原理、盖斯定律、电解原理等知识点，根据燃料电池中正负极发生的电极反应、盖斯定律的内涵、电解池中离子放电顺序来分析解答，难点是电极反应式的书写。复杂电极反应式的书写：复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式。如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2＝CO2＋2H2O 总反应式①，2O2＋8H＋＋8e－＝4H2O 正极反应式②，①－②得：CH4＋2H2O－8e－＝CO2＋8H＋ 负极反应式。