最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇．“绿色自由”构想技术流程如下：

Question

最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO ₂ 从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO ₂ 转变为可再生燃料甲醇．“绿色自由”构想技术流程如下：



（1）在合成塔中，若有2.2kgCO ₂ 与足量H ₂ 恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2473.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式______．
（2）①上述合成反应具有一定的可逆性，从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，而实际生产中采用300°C的温度，其原因是______．
②“绿色自由”构想技术流程中常包括物质和能量的“循环利用”，上述流程中能体现“循环利用”的除碳酸钾溶液外，还包括______．
③下列措施中能使n（CH ₃ OH）/n（CO ₂ ）增大的是______．
A．升高温度                       B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H ₂ O（g）从体系中分离         D．再充入1molCO ₂ 和3molH ₂
（3）甲醇可制作燃料电池．写出以氢氧化钾为电解质的甲醇燃料电池负极反应式______．当电子转移的物质的量为______时，参加反应的氧气的体积是6.72L（标准状况下）．
（4）常温下，0.1mol/L KHCO ₃ 溶液的pH大于8，则溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为：______．

Answer 1

（1）2.2kgCO ₂ 的物质的量为： (2200g)/(44g/mol) =50mol，生成1mol甲醇放出热量为： (2473.5kJ)/(50mol) =49.47kJ/mol，则合成塔中发生反应的热化学方程式为：
CO ₂ （g）+3H ₂ （g）═CH ₃ OH（g）+H ₂ O（g）△H=-49.47kJ•mol ^-1 ，故答案为：CO ₂ （g）+3H ₂ （g）═CH ₃ OH（g）+H ₂ O（g）△H=-49.47kJ•mol ^-1 ；
（2）①实际生产中采用300°C的温度，是因为在用300°C时，催化剂活性最大，反应速率最快，故采用此温度，故答案为：考虑到催化剂的催化活性，加快反应速率；
②从反应流程来看，分解池需要高温水蒸气，而合成塔温度在300°C，故分离出甲醇后，水蒸气可循环利用，故答案为：高温水蒸气；
③使n（CH ₃ OH）/n（CO ₂ ）增大，平衡应向正反应方向移动，升高温度，平衡逆向移动；充入氦气，反应体系浓度不变，对平衡无影响；将H ₂ O（g）从体系中分离，减少了生成物浓度，平衡正向进行；再充入1molCO ₂ 和3molH ₂ ，相当于加压，平衡正向进行，只有CD符合，故答案为：CD；
（3）负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应，考虑电解质的参与反应，故电极反应式为：CH ₃ OH+8OH ^‑ -6e ^- ═CO ₃ ^2- +6H ₂ O，
n（O ₂ ）= (6.72L)/(22.4L/mol) =0.3mol，1molO ₂ 反应转移4mol电子，故0.3molO ₂ 转移1.2mol，
故答案为：CH ₃ OH+8OH ^‑ -6e ^- ═CO ₃ ^2- +6H ₂ O；1.2mol；
（4）由于碳酸氢根水解，所以c（K ⁺ ）＞c（HCO ₃ ^- ），由于水解是微弱的，所以c（HCO ₃ ^- ）＞c（OH ^- ），溶液显碱性，所以c（OH ^- ）＞c（H ⁺ ），
氢离子来源于两个方面，一是水的电离，二是碳酸氢根的电离，故c（H ⁺ ）＞c（CO ₃ ^2- ），由此可知离子浓度大小关系为：
c（K ⁺ ）＞c（HCO ₃ ^- ）＞c（OH ^- ）＞c（H ⁺ ）＞c（CO ₃ ^2- ），
故答案为：c（K ⁺ ）＞c（HCO ₃ ^- ）＞c（OH ^- ）＞c（H ⁺ ）＞c（CO ₃ ^2- ）．