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(guān)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，其裝置示意圖如圖：
①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括和H⁺+HCO₃^-═H₂O+CO₂↑、

 

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②簡述CO₃^2-在陰極區(qū)再生的原理

 

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（2）再生裝置中產(chǎn)生的CO₂和H₂在一定條件下反應(yīng)生成甲醇等產(chǎn)物，工業(yè)上利用該反應(yīng)合成甲醇．
已知：25℃，101KPa下：
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
①寫出CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇等產(chǎn)物的熱化學(xué)方程式

 

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

 

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（3）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學(xué)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”）．
②工作結(jié)束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將

 

（填寫“增大”、“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計）．
③A電極附近甲醇發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

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Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專題

分析：（1）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；
②碳酸氫根離子程度電離平衡、氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子；
（2）①根據(jù)蓋斯定律計算；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，物質(zhì)越穩(wěn)定，其能量越�。�
（3）①電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極；
②根據(jù)發(fā)生的電極反應(yīng)生成物判斷；
③A電極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）①陽極上氫氧根離子放電生成氧氣和水，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應(yīng)生成CO₃^2-，CO₃^2-再生，
故答案為：HCO₃^-存在電離平衡：HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，陰極H⁺放電濃度減小，平衡右移，CO₃^2-再生；陰極H⁺放電OH^-濃度增大，OH^-與HCO₃^-反應(yīng)生成CO₃^2-，CO₃^2-再生；
（2）①H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol①
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（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，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50 kJ/mol；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)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(yīng)，所以A是負(fù)極，B是正極，電子從負(fù)極A流向正極B，故答案為：從A到B；
②正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，溶液濃度變小，所以溶液的pH變大，故答案為：變大；
③A電極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成氫離子和二氧化碳，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑，故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂↑．

點評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、電解原理等知識點，根據(jù)燃料電池中正負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)、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(yīng)式的書寫，難度中等．