Question

19．聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7-18日在哥本哈根召開．中國政府承諾，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C．（填字母序號）
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①寫出由CO₂和H₂制取甲醇的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$_
②從3min到10min，v（H₂）=0.11mol/（L•min）．
③能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是D（選填編號）
A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點）
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
④下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD（選填編號）
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1molCO₂和3molH₂
（3）CO₂加氫合成DME（二甲醚）是解決能源危機的研究方向之一．
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，試寫出該電池工作時負(fù)極反應(yīng)的電極反應(yīng)方程式C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）最節(jié)能的方法是利用太陽能；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{生成物濃度系數(shù)冪次方}{反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方}$；
②根據(jù)圖象計算v（CO₂），根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算；
③當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；
④能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（3）電池負(fù)極應(yīng)為二甲醚的氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）太陽光是取之不盡用之不竭的能源，利用太陽能制備氫氣應(yīng)為最節(jié)能的方法，故答案為：C；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{生成物濃度系數(shù)冪次方}{反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方}$=$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$，故答案為：$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$；
②v（CO₂）=$\frac{0.25mol/L}{7min}$，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.25mol/L}{7min}$=0.11mol/（L•min），
故答案為：0.11；
③A．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，并未達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．因氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在單位時間內(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O，故C錯誤；
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：D；
④A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則比值減小，故A錯誤；
B．恒溫恒容充入He（g），平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，故C正確；
D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于在原來基礎(chǔ)上縮小體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，故D正確，
故答案為：CD；
（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．

點評 本題綜合考查化學(xué)平衡以及電化學(xué)知識，題目難度較大，注意反應(yīng)速率的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及化學(xué)平衡的計算方法，利用平衡常數(shù)計算為解答該題的關(guān)鍵．