Question

【题目】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，其装置示意图如图：

在阳极区发生的反应包括 和H ++ H2O + CO2↑。简述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) +O2(g) H2O(g) Δ H1= 242 kJ/mol

CH3OH(g) +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

【答案】（1）①4OH 4e2H2O + O2↑(或2H2O4e4H+ + O2↑) ②存在电离平衡： H+ +，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，与反应，从而使再生)

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

（3）ACD

（4）不变 CH3OH + H2O 6e6H++ CO2↑

【解析】本题考查电解池原理，热化学方程式的书写，化学平衡移动原理，原电池原理。

（1）在阳极区水电离产生的氢氧根离子放电生成氧气和氢离子，氢离子再与碳酸氢根离子结合生成二氧化碳气体和水，电极反应式为：①4OH 4e2H2O + O2↑(或2H2O4e4H+ + O2↑)②存在电离平衡：H+ +，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，与反应，从而使再生)。

（2）①H2(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，3乘以第一个反应再减去第二个反应即得CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H = 50 kJ/mol。②根据反应方程式，合成甲醇的反应是放热反应，反应物总能量大于生成物总能量，等物质的量的同种物质气态能量高于液态，故选a。

（3） A．根据反应方程式，温度相同时压强增大，合成甲醇的反应正向移动，平衡时甲醇的物质的量分数增大，由图像知p1> p2> p3>p4，正确；B．化学方程式确定时平衡常数只与温度有关，甲醇的物质的量分数高，反应的平衡常数可能相等，错误；C．温度升高，平衡逆向移动，平衡时甲醇的物质的量分数减小，图示中，该反应的温度变化为：T1> T2> T3>T4，正确；D．T4、p4时甲醇物质的量分数为0.2，设甲醇物质的量为x。

，x=1，H2的平衡转化率，3/5×100%=60%，正确，故选ACD。

（4）B电极室是电池的正极，氧气得到电子与氢离子结合生成水，溶液体积变化忽略，所以工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前不变；负极甲醇失去电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH + H2O 6e6H++ CO2↑。