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：

①在阳极区发生的反应包括                和H⁺+HCO₃^-H₂O+CO₂↑。

②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)+ O₂(g)H₂O(g)ΔH₁=-242kJ·mol^－1

CH₃OH(g)+(3/2) O₂(g)CO₂(g)+2H₂O(g)ΔH₂=-676kJ·mol^－1

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)。

A                   B                  C                  D

（3）微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下：

①该电池外电路电子的流动方向为            (填写“从A到B”或“从B到A”)。

②A电极附近甲醇发生的电极反应式为             。

Answer

（1）①4OH–－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。(或阴极H+放电OH-浓度增大，OH-与HCO3–反应生成CO32-)；

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

（3）①从A到B；②CH3OH+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；阴极H+放电OH-浓度增大，OH-与HCO3-反应生成CO32-，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，CO32-再生(或阴极H+放电OH-浓度增大，OH-与HCO3-反应生成CO32-，CO32-再生)；

（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，故选A；

（3）①该燃料电池中，甲醇失电子发生氧化反应，所以A是负极，B是正极，电子从负极A流向正极B，故答案为：从A到B；

②A电极上甲醇失电子和水反应生成氢离子和二氧化碳，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑，故答案为：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑。

考点：考查了原电池原理、盖斯定律、电解原理的相关知识。