Question

最近科學家提出“綠色自由”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應后使空氣中的CO₂轉變為可再生燃料甲醇．“綠色自由”構想技術流程如下：

（1）在合成塔中，若有2.2kgCO₂與足量H₂恰好完全反應，生成氣態的水和甲醇，可放出2473.5kJ的熱量，試寫出合成塔中發生反應的熱化學方程式

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ?mol^-1

．
（2）①上述合成反應具有一定的可逆性，從平衡移動原理分析，低溫有利于原料氣的轉化，而實際生產中采用300°C的溫度，其原因是

考慮到催化劑的催化活性，加快反應速率

．
②“綠色自由”構想技術流程中常包括物質和能量的“循環利用”，上述流程中能體現“循環利用”的除碳酸鉀溶液外，還包括

高溫水蒸氣

．
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CD

．
A．升高溫度                       B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離         D．再充入1molCO₂和3molH₂
（3）甲醇可制作燃料電池．寫出以氫氧化鉀為電解質的甲醇燃料電池負極反應式

CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O

．當電子轉移的物質的量為

1.2mol

時，參加反應的氧氣的體積是6.72L（標準狀況下）．
（4）常溫下，0.1mol/L KHCO₃溶液的pH大于8，則溶液中各種離子濃度由大到小的順序為：

c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）

．

Answer 1

分析：（1）計算出生成1mol甲醇放出的熱量，即可寫出反應的熱化學方程式；
（2）從反應速度和催化劑的活性考慮；從流程考慮；從影響平衡移動的因素考慮；
（3）負極上燃料甲醇失電子發生氧化反應，考慮電解質的參與反應；根據氧氣的體積即可計算轉移電子數；
（4）根據0.1mol/L KHCO₃溶液的pH大于8，可知碳酸氫根水解大于電離，再根據電離和水解規律比較出離子濃度大�。�

解答：解：（1）2.2kgCO₂的物質的量為：

2200g

44g/mol

=50mol，生成1mol甲醇放出熱量為：

2473.5kJ

50mol

=49.47kJ/mol，則合成塔中發生反應的熱化學方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ?mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ?mol^-1；
（2）①實際生產中采用300°C的溫度，是因為在用300°C時，催化劑活性最大，反應速率最快，故采用此溫度，故答案為：考慮到催化劑的催化活性，加快反應速率；
②從反應流程來看，分解池需要高溫水蒸氣，而合成塔溫度在300°C，故分離出甲醇后，水蒸氣可循環利用，故答案為：高溫水蒸氣；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，平衡應向正反應方向移動，升高溫度，平衡逆向移動；充入氦氣，反應體系濃度不變，對平衡無影響；將H₂O（g）從體系中分離，減少了生成物濃度，平衡正向進行；再充入1molCO₂和3molH₂，相當于加壓，平衡正向進行，只有CD符合，故答案為：CD；
（3）負極上燃料甲醇失電子發生氧化反應，考慮電解質的參與反應，故電極反應式為：CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
n（O₂）=

6.72L

22.4L/mol

=0.3mol，1molO₂反應轉移4mol電子，故0.3molO₂轉移1.2mol，
故答案為：CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O；1.2mol；
（4）由于碳酸氫根水解，所以c（K⁺）＞c（HCO₃^-），由于水解是微弱的，所以c（HCO₃^-）＞c（OH^-），溶液顯堿性，所以c（OH^-）＞c（H⁺），
氫離子來源于兩個方面，一是水的電離，二是碳酸氫根的電離，故c（H⁺）＞c（CO₃^2-），由此可知離子濃度大小關系為：
c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），
故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）．

點評：本題為綜合題，考查了熱化學方程式的書寫，電極反應式的書寫，平衡的移動，離子濃度大小比較等內容．書寫電極反應式時一定要注意電解質是否參與反應．比較離子濃度大小時要考慮水解和電離規律，同時也要注意守恒關系．