Question

15．在一定條件下，科學(xué)家利用從煙道氣中分離出CO₂與太陽能電池電解水產(chǎn)生的H₂合成甲醇，其過程如圖所示，試回答下列問題：

（1）15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，圖示合成線路中用作CO₂吸收劑．用離子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱堿性的原因HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-．
（2）CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol，寫出工業(yè)上以CO₂、H₂合成CH₃OH的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol．
（3）500℃時，密閉容器中充入1mol/L CO₂和3mol/LH₂發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）$?_{高溫高壓}^{催化劑}$CH₃OH（g）+H₂O（g）
測得有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

反應(yīng)時間/min	3	5	7	10	13
c（CO2）/mol•L-1	0.50	0.37	0.30	0.25	0.25

計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K（保留一位小數(shù)）5.3；
（4）以滲透于多孔基質(zhì)的惰性導(dǎo)電物材料為電極，用35～50%KOH為電解液，甲醇和空氣為原料，構(gòu)成堿性燃料電池．請寫電極反應(yīng)
正極：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負(fù)極：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O．
（5）合成甲醇的另一種反應(yīng)是：CO_（g）+2H_2（g）?CH₃OH_（g），試分析此反應(yīng)是放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．對已達(dá)平衡此反應(yīng)在保證氫氣濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡B移動；
A．正向移動    B．不移動     C．逆向移動    D．不一定．

Answer 1

分析 （1）氨基結(jié)合水電離平衡中的氫離子，促進(jìn)水電離平衡正向進(jìn)行，氫氧根離子濃度增大，溶液顯堿性；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$得到反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱，并書寫熱化學(xué)方程式；
（3）利用三段式法結(jié)合K的表達(dá)式計算平衡常數(shù)；
（4）甲醇和空氣為原料，構(gòu)成堿性燃料電池，負(fù)極上甲醇失電子生成碳酸根離子，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
（5）根據(jù)化合反應(yīng)的特點(diǎn)分析，結(jié)合平衡移動原理判斷反應(yīng)的方向．

解答 解：（1）乙醇胺水溶液呈弱堿性是取代基氨基結(jié)合氫離子，使溶液中的氫氧根離子濃度增大，反應(yīng)的離子方程式為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，
故答案為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-；
（2）甲醇和氫氣的燃燒熱書寫其熱化學(xué)方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；所以△H=×$\frac{3}{2}$（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-131.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9KJ/mol
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始：1mol/L    3mol/L     0           0
轉(zhuǎn)化：0.75mol/L 2.25mol/L 0.75mol/L   0.75mol/L
平衡：0.25mol/L 0.75mol/L  0.75mol/L   0.75mol/L
則k=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.3，
故答案為：5.3；
（4）甲醇和空氣為原料，構(gòu)成堿性燃料電池，負(fù)極上甲醇失電子生成碳酸根離子，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，正極正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，即反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；
（5）大多數(shù)的化合反應(yīng)是放熱的，所以CO_（g）+2H_2（g）?CH₃OH_（g）為放熱反應(yīng)，對已達(dá)平衡此反應(yīng)在保證氫氣濃度不變的情況下，增大容器的體積，各組分的濃度都不變，壓強(qiáng)不變，所以平衡不會移動，故答案為：放熱；B．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素判斷，原電池、電解池的電極反應(yīng)書寫，原理應(yīng)用和電子守恒計算，題目難度中等