Question

（14分）Ⅰ．在一定條件下，科學家利用從煙道氣中分離出CO₂與太陽能電池電解水產生的H₂合成甲醇，其過程如下圖所示，試回答下列問題：

(1)該合成路線對于環境保護的價值在于         。

(2)15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，上述合成線路中用作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         。

(3)CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol，寫出工業上以CO₂、H₂合成CH₃OH的熱化學方程式：                                。

Ⅱ．將燃煤廢氣中的CO₂轉化為甲醚的反應原理為：

2CO₂(g) + 6H₂(g)CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)

已知一定壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉化率見下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

(4)該反應的焓變△H      0，熵變△S___0（填＞、＜或＝）。

(5)用甲醚作為燃料電池原料，在堿性介質中該電池負極的電極反應式            。若以1.12 L·min^-1（標準狀況）的速率向該電池中通入甲醚（沸點為-24.9 ℃），用該電池電解500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通電0.50 min后，理論上可析出金屬銅      g。

 

Answer 1

【答案】

⑴ 有利于防止溫室效應

⑵ HOCH₂CH₂NH₂ ＋ H₂OHOCH₂CH₂NH₃^＋＋ OH^－]

⑶ CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H＝－131.9kJ/mol（3分）

(4) ＜（1分），＜（1分）    （5）CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O  

(6)9.6（3分）

【解析】⑵HOCH₂CH₂NH₂ 中的-NH₂為堿性基團，能結合水電離出的H⁺，使水的電離平衡正向移動，OH^-濃度增大，導致溶液中C（H⁺）＜C（OH^-），故乙醇胺水溶液呈弱堿性；

（3）由題意，得下列熱化學方程式：

        CH₃OH（l）+3/2O₂(g) →CO₂(g)+2H₂O(l)   △H＝－725.5kJ/mol   ①

        H₂(g)+1/2 O₂(g)→H₂O(l)      △H＝－285.8kJ/mol   ②

②×3-①，得：CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H＝－131.9kJ/mol

（4）利用表格中的任同一橫行數據分析：溫度越高，CO₂的轉化率越小，即升溫，平衡逆向移動，則說明逆向為吸熱反應，故正向為放熱反應，△H＜0；

熵值表示體系的混亂度，該反應中由反應物到生成物氣體的體積減小（2+8變到1+3），故體系的混亂度減小，△S＜0；

（5）在甲醚燃料電池中，發生甲醚的燃燒反應，而在該反應中甲醚失電子做還原劑，故在堿性介質中負極的電極反應式為CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O ①；

用甲醚燃料電池做電源，電解CuSO₄溶液時，回路中電荷守恒，則：

           Cu²⁺+2e^-=Cu    ②

由①②，得：CH₃OCH₃ －12e^－— 6 Cu

                1               6

(1.12 L·min^-1×0.50 min)/22.4L.mol^-1 

=0.025 mol          n(Cu)

    故n(Cu)= 0.025 mol×6=0.15 mol，m(Cu)= 0.15 mol×64g/mol=9.6g；