Question

15．近年來對(duì)CO₂的利用和捕獲已受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注．如可利用CO₂制甲醇，利用堿性溶液對(duì)CO₂進(jìn)行捕獲等．

（1）已知CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=akJ•mol^-1．恒溫下，向反應(yīng)體系中加入固體催化劑，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱值a不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO₂和3molH₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₂OH（g）的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化如圖所示．則0～10min內(nèi)，CO₂的平均反應(yīng)速率為0.075mol/（L．min）．若第10min后，向該容器中再充入1.5molCO₂和4.5molH₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)CH₂OH（g）的體積分?jǐn)?shù)增大．（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）甲醇燃料電池是以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，使用酸性電解質(zhì)，負(fù)極的反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
（4）據(jù)報(bào)道，有一種先進(jìn)的電解方法可將CO₂轉(zhuǎn)換成CO和H₂，反應(yīng)原理為：CO₂（g）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）+O₂（g）．工作原理可用如圖表示，圖中A為電源，O^2-可在固體電解質(zhì)中移動(dòng)．則a極為電解池的陽極極，CO₂在b電極上放電的反應(yīng)式是CO₂+2e^-=CO+O^2-．
（5）用NaOH溶液捕獲CO₂后，其產(chǎn)物之一是NaHCO₃，NaHCO₃的水溶液呈堿性，原因是（用離子方程式和簡要文字解釋）碳酸氫根離子水解程度大于電離程度，導(dǎo)致溶液呈堿性，離子方程式為HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺．

Answer 1

分析 （1）催化劑只影響反應(yīng)速率，不改變反應(yīng)焓變；
（2）CO₂的平均反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$；若第10min后，向該容器中再充入1.5molCO₂和4.5molH₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
（3）該燃料電池中，電解質(zhì)溶液呈酸性，負(fù)極上甲醇失電子生成二氧化碳和氫離子；
（4）根據(jù)圖知，a極上生成氧氣，則氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極，b為陰極，b電極上二氧化碳得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CO；
（5）碳酸氫鈉是強(qiáng)堿弱酸酸式鹽，碳酸氫根離子水解程度大于電離程度，導(dǎo)致碳酸氫鈉溶液呈堿性．

解答 解：（1）催化劑只影響反應(yīng)速率，不改變反應(yīng)焓變，所以恒溫下，向反應(yīng)體系中加入固體催化劑，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱值a不變，故答案為：不變；
（2）CO₂的平均反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.00-0.25}{10}$mol/（L．min）=0.075mol/（L．min）；若第10min后，向該容器中再充入1.5molCO₂和4.5molH₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇的含量增大，
故答案為：0.075mol/（L．min）；增大；
（3）該燃料電池中，電解質(zhì)溶液呈酸性，負(fù)極上甲醇失電子生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（4）根據(jù)圖知，a極上生成氧氣，則氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極，b為陰極，b電極上二氧化碳得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CO，電極反應(yīng)式為CO₂+2e^-=CO+O^2-，
故答案為：陽極；CO₂+2e^-=CO+O^2-；
（5）碳酸氫鈉是強(qiáng)堿弱酸酸式鹽，碳酸氫根離子水解程度大于電離程度，導(dǎo)致碳酸氫鈉溶液呈堿性．，離子方程式為HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，
故答案為：堿；碳酸氫根離子水解程度大于電離程度，導(dǎo)致溶液呈堿性，離子方程式為HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及鹽類水解、原電池和電解池原理、化學(xué)平衡計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，注意：書寫電極反應(yīng)式要結(jié)合電解質(zhì)特點(diǎn)書寫，常見的燃料電池電解質(zhì)有：酸溶液、堿溶液、熔融碳酸鹽、熔融金屬氧化物，電解質(zhì)不同，電極反應(yīng)式不同．