Question

20．全球氣候變暖已經(jīng)成為全世界人類面臨的重大問題，溫家寶總理在“哥本哈根會(huì)議”上承諾到2020年中國(guó)減排溫室氣體40%．

（1）降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為2L的恒容密閉容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．測(cè)得CO₂和CH₃OH_（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．
①?gòu)姆磻?yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）；
②氫氣平衡時(shí)的物質(zhì)的量濃度為0.75mol/L；
③下列措施中能使平衡體系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離出去
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
④當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H₂的物質(zhì)的量濃度為c₁，然后向容器中再加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，待反應(yīng)再一次達(dá)到平衡后，H₂的物質(zhì)的量濃度為c₂．則c₁＜c₂的關(guān)系（填＞、＜、=）．
（2）減少溫室氣體排放的關(guān)鍵是節(jié)能減排，大力開發(fā)利用燃料電池就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)．如圖2所示甲烷燃料電池就是將電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定．將其插入KOH溶液從而達(dá)到吸收CO₂的目的．請(qǐng)回答：
①通入甲烷一極的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）．
③通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率大于（填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃燒的能量利用率．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②根據(jù)氫氣的平衡濃度判斷轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量，進(jìn)而可計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
④若是恒容密閉容器，加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，雖然逆向移動(dòng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡逆向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量基礎(chǔ)上增強(qiáng)；
（2）①甲烷燃料電池中，負(fù)極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，總反應(yīng)是燃料和氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②根據(jù)電池的總反應(yīng)確定酸堿性的變化；
③根據(jù)能量轉(zhuǎn)化情況來回答．

解答 解：（1）①利用三段式解題法計(jì)算   
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1        3              0           0
變化（mol/L）：0.75      2.25             0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25      0.75             0.75       0.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225；
②氫氣平衡時(shí)的物質(zhì)的量濃度為0.75mol/L，
故答案為：0.75mol/L；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯(cuò)誤．故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎(chǔ)上縮小體積一半，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確．
故答案為：CD；
④若是恒容密閉容器，加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，雖然逆向移動(dòng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡逆向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量基礎(chǔ)上增強(qiáng)，且平衡常數(shù)不變達(dá)到平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c₁＜c₂，故答案為：＜；
（2）①在堿性溶液中，負(fù)極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②燃料電池的總反應(yīng)是：CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O，消耗氫氧根離子，所以堿性減弱，pH減小，故答案為：減小；
③甲烷燃燒時(shí)要放出熱量、光能，所以燃料電池中甲烷的利用率比甲烷燃燒的能量利用率高，故答案為：大于．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)平衡計(jì)算以及平衡移動(dòng)等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．