Question

近年來C0₂的利用日新月異．
（1）最近科學(xué)家們研制成功一種新型催化劑能將C0₂轉(zhuǎn)化為甲烷．在一定1．O1kPa和200℃下，將1mOICO₂和4mo1H₂投人1L密閉容器中，當(dāng)C0₂轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)達(dá)平衡，吸收akJ的熱量．寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

 

求此溫度下的平衡常數(shù)K=

 

．
（2）某溫度下，將一定量的CO₂和H₂投人容積固定為5l的密閉容器中，5min達(dá)平衡，各物質(zhì)的濃度（mol/L）變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO2	0.2		0.1
H2	0.8		0.6
CH4	0	0.06	0.1

若5min-l0min只改變了某一個(gè)條件，則該條件是

 

，且該條件所改變的量是

 

．（填具體的數(shù)值和單位）
（3）2013年發(fā)射的“嫦娥三號”衛(wèi)星載入空間站要求吸收人體呼出的二氧化碳，并提供氧氣，科學(xué)家設(shè)計(jì)了“太陽能→電能→化學(xué)能”的轉(zhuǎn)化．總反應(yīng)2CO₂═2CO+O₂是

 

（填原電池或電解池）
②寫出X極的電極反應(yīng)式

 

③反應(yīng)完畢，該太陽能裝置中的電解質(zhì)溶液堿性

 

（增強(qiáng)、不變或減弱）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)CO₂+4H₂?CH₄+2H₂O可知，當(dāng)0.8×1mol二氧化碳參加反應(yīng)時(shí)，吸收akJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應(yīng)時(shí)，吸收

5

4

akJ的熱量，所以△H=+5a/4  kJ?mol^-1，所以熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=+5a/4  kJ?mol^-1；當(dāng)C0₂轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)達(dá)平衡，CO₂的濃度為：0.2mol/L，H₂的濃度為：0.8mol/L，CH₄的濃度為：0.8mol/L，H₂O的濃度為：1.6mol/L，據(jù)此求得平衡常數(shù)；
（2）根據(jù)圖可知，在0-l0min，二氧化碳變化了0.1mol/L，按化學(xué)方程式計(jì)算可知，氫氣的濃度變化為0.4mol/L，而氫氣起始為0.8mol/L，變化后應(yīng)為0.4mol/L，而表中在10min時(shí)還有0.6mol/L，所以可以看出是氫氣的濃度變大了，所以是在5min時(shí)增加了氫氣的濃度，變化量為（0.6-0.4）mol/L，據(jù)此答題；
（3）2CO₂═2CO+O₂ 是一個(gè)非自發(fā)的氣氧化還原反應(yīng)，要實(shí)現(xiàn)這一過程，必須利用電解池裝置，根據(jù)電解池原理，X電極發(fā)生氧化反應(yīng)，是氫氧根失去電子，生成氧氣，據(jù)此寫電極反應(yīng)式；根據(jù)兩個(gè)電極生成和消耗的氫氧根的物質(zhì)的量判斷溶液中堿性的變化情況．

解答： 解：（1）根據(jù)反應(yīng)CO₂+4H₂?CH₄+2H₂O可知，當(dāng)0.8×1mol二氧化碳參加反應(yīng)時(shí)，吸收akJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應(yīng)時(shí)，吸收

5

4

akJ的熱量，所以△H=+5a/4  kJ?mol^-1，所以熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=+5a/4  kJ?mol^-1；當(dāng)C0₂轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)達(dá)平衡，CO₂的濃度為：0.2mol/L，H₂的濃度為：0.8mol/L，CH₄的濃度為：0.8mol/L，H₂O的濃度為：1.6mol/L，所以平衡常數(shù)為

0.8×1．62

0.2×0．84

=25，
故答案為CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=+5a/4  kJ?mol^-1；25；
（2）根據(jù)圖可知，在0-l0min，二氧化碳變化了0.1mol/L，按化學(xué)方程式計(jì)算可知，氫氣的濃度變化為0.4mol/L，而氫氣起始為0.8mol/L，變化后應(yīng)為0.4mol/L，而表中在10min時(shí)還有0.6mol/L，所以可以看出是氫氣的濃度變大了，所以是在5min時(shí)增加了氫氣的濃度，變化量為（0.6-0.4）mol/L，
故答案為：增大H₂的濃度；0.2mol/L；
（3）2CO₂═2CO+O₂ 是一個(gè)非自發(fā)的氣氧化還原反應(yīng)，要實(shí)現(xiàn)這一過程，必須利用電解池裝置，根據(jù)電解池原理，X電極發(fā)生氧化反應(yīng)，是氫氧根失去電子，生成氧氣，據(jù)此寫X電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；此時(shí)Y電極上的反應(yīng)式為2CO₂+2H₂O+4e^-=2CO+4OH^-，所以兩個(gè)電極生成和消耗的氫氧根的物質(zhì)的量相等，所以溶液的堿性不變，故答案為：電解池；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；不變．

點(diǎn)評：本題主要考查了熱化學(xué)方程式書寫、平衡常數(shù)的計(jì)算、影響平衡移動(dòng)的因素、電解池原理等知識點(diǎn)，中等難度．