Question

聯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”的手段之一是節能．下列制氫方法最節能的是______．（填字母序號）
A．電解水制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑    B．高溫使水分解制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂OCO+3H₂
（2）CO₂可轉化成有機物實現碳循環．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發生反應：
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從3min到10min，v（H₂）=______mol/．
②能說明上述反應達到平衡狀態的是______（選填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為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．單位時間內每消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數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）．
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，則起始時應向容器中充入1mol CO₂和______mol H₂，平衡時CO₂的轉化率為______．
（參考數據：=2.64；=21.166．計算結果請保留3位有效數字．）
（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．有人設想利用二甲醚制作燃料電池，
以KOH溶液做電解質溶液，試寫出該電池工作時負極反應的電極反應方程式______．

Answer 1

【答案】分析：（1）最節能的方法是利用太陽能；
（2）①根據圖象計算v（CO₂），根據反應速率之比等于化學計量數之比計算；
②當達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，以此判斷；
③能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動；
④根據圖象計算各物質的平衡濃度，進而計算平衡常數，根據平衡常數計算；
（3）電池負極應為二甲醚的氧化反應．
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為最節能的方法，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．由圖可知反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1時，并未達到平衡狀態，故A錯誤；
B．因氣體的質量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態，都存在混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，不能判斷是否達到平衡狀態，故B錯誤；
C．無論是否達到平衡狀態，都存在單位時間內每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變，說明達到平衡狀態，故D正確．
故答案為：D；
③A．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，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，平衡向正反應方向移動，故C正確；
D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當于在原來基礎上縮小體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，故D正確，
故答案為：CD；
④由圖象可知平衡時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，起始時應向容器中充入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CO₂的轉化率為=86.1%，
故答案為：3.58；86.1%；
（3）電池負極應為二甲醚的氧化反應，在堿性條件下生成CO₃^2-，電極反應式為C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．
點評：本題綜合考查化學平衡以及電化學知識，題目難度較大，注意反應速率的計算、平衡狀態的判斷以及化學平衡的計算方法，利用平衡常數計算為解答該題的關鍵．