Question

最近科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)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(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使空氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程如下：



（1）在合成塔中，若有2.2kgCO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的水和甲醇，可放出2473.5kJ的熱量，試寫出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______．
（2）①上述合成反應(yīng)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(zhuǎn)化，而實際生產(chǎn)中采用300°C的溫度，其原因是______．
②“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程中常包括物質(zhì)和能量的“循環(huán)利用”，上述流程中能體現(xiàn)“循環(huán)利用”的除碳酸鉀溶液外，還包括______．
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是______．
A．升高溫度                       B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)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(zhì)的甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)式______．當(dāng)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為______時，參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L（標(biāo)準(zhǔn)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：______．

Answer 1

（1）2.2kgCO₂的物質(zhì)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(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)速率；
②從反應(yīng)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(huán)利用，故答案為：高溫水蒸氣；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，平衡應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，升高溫度，平衡逆向移動；充入氦氣，反應(yīng)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(jìn)行；再充入1molCO₂和3molH₂，相當(dāng)于加壓，平衡正向進(jìn)行，只有CD符合，故答案為：CD；
（3）負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，考慮電解質(zhì)的參與反應(yīng)，故電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^?-6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
n（O₂）=

6.72L

22.4L/mol

=0.3mol，1molO₂反應(yīng)轉(zhuǎn)移4mol電子，故0.3molO₂轉(zhuǎn)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(guān)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-）．