Question

聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)于2009年12月7-18日在哥本哈根召開(kāi)．中國(guó)政府承諾，到2020
年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%．
（1）有效“減碳”的手段之一是節(jié)能．下列制氫方法最節(jié)能的是______．（填字母序號(hào)）
A．電解水制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑    B．高溫使水分解制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑
C．太陽(yáng)光催化分解水制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂OCO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol 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)間變化如圖所示．
①?gòu)?min到10min，v（H₂）=______mol/．
②能說(shuō)明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______（選填編號(hào)）．
A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點(diǎn)）
B．混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化
C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗3mol H₂，同時(shí)生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
③下列措施中能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大的是______（選填編號(hào)）．
A．升高溫度B．恒溫恒容充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離    D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂
④相同溫度下，如果要使氫氣的平衡濃度為1mol/L，則起始時(shí)應(yīng)向容器中充入1mol CO₂和______mol H₂，平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____．
（參考數(shù)據(jù)：=2.64；=21.166．計(jì)算結(jié)果請(qǐng)保留3位有效數(shù)字．）
（3）CO₂加氫合成DME（二甲醚）是解決能源危機(jī)的研究方向之一．
2CO₂（g）+6H₂（g）→CH₃OCH₃（g）+3H₂O．有人設(shè)想利用二甲醚制作燃料電池，
以KOH溶液做電解質(zhì)溶液，試寫(xiě)出該電池工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)的電極反應(yīng)方程式______．

Answer 1

【答案】分析：（1）最節(jié)能的方法是利用太陽(yáng)能；
（2）①根據(jù)圖象計(jì)算v（CO₂），根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算；
②當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；
③能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
④根據(jù)圖象計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度，進(jìn)而計(jì)算平衡常數(shù)，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算；
（3）電池負(fù)極應(yīng)為二甲醚的氧化反應(yīng)．
解答：解：（1）太陽(yáng)光是取之不盡用之不竭的能源，利用太陽(yáng)能制備氫氣應(yīng)為最節(jié)能的方法，故答案為：C；
（2）①v（CO₂）=，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×=0.11mol/（L?min），
故答案為：0.11；
②A．由圖可知反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時(shí)，并未達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．因氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molH₂，同時(shí)生成1molH₂O，故C錯(cuò)誤；
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：D；
③A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則比值減小，故A錯(cuò)誤；
B．恒溫恒容充入He（g），平衡不移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故C正確；
D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于在原來(lái)基礎(chǔ)上縮小體積，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故D正確，
故答案為：CD；
④由圖象可知平衡時(shí)c（CO₂）=0.25mol/L，則c（H₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，
則k==5.33，
相同溫度下，如果要使氫氣的平衡濃度為1mol/L，起始時(shí)應(yīng)向容器中充入1mol CO₂和xmolH₂，
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：1         x          0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：（x-1）x-1     （x-1）（x-1）
平衡（mol/L）：1-（x-1）1      （x-1）（x-1）
則有=5.33，
x=3.58，
平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為=86.1%，
故答案為：3.58；86.1%；
（3）電池負(fù)極應(yīng)為二甲醚的氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成CO₃^2-，電極反應(yīng)式為C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．
點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查化學(xué)平衡以及電化學(xué)知識(shí)，題目難度較大，注意反應(yīng)速率的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷以及化學(xué)平衡的計(jì)算方法，利用平衡常數(shù)計(jì)算為解答該題的關(guān)鍵．