Question

【題目】今年6月20日,2016年全球最受關注的十大化學成果發布,其中有兩項與空氣中的二氧化碳處理利用技術有關。其一為美國伊利諾斯大學芝加哥分校和阿貢國家實驗室科學家聯合設計的新型太陽能電池,可直接把大氣中的二氧化碳轉化為合成氣(CO和H2)該設計同時具有環保和經濟價值,不僅可以減緩二氧化碳的排放,而且可以生成重要的化工原料。

（1）下列材料也可以用于制造太陽能電池的是____________。

A．Ag2O B．Fe3O4 C．Si D．SiO2

（2）下圖裝置可實現二氧化碳到一氧化碳的轉化

①電源的正極為______(“A”或“B")。

②陰極發生反應的電極方程式為:___________.

（3）CO 和H2可用于合成甲醇。

①已知CO、H2、CH3OH（1）的燃燒熱為283.0kJ/mol、285．8kJ/mol、726.5kJ/mol,寫出 由CO和H2制備CH3OH（1）的熱化學方程式__________。

②在398K，1L的恒容容器中充入0.1molCO和0.2molH2,發生反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),反應過程中氣體的壓強如下表所示(atm為標準大氣壓)。

時間(min)	0	1	5	10	30	50
壓強(atm)	10	9.3	8.0	7.2	4	4

該溫度下的平衡常數是_____。達到平衡后，向該容器中通入0.05mol的氣態CH3OH,再次達到平衡時,CH3OH的體積分數比原平衡時_____( 填“大”或“小”)。

Answer 1

【答案】C B CO2+ H2O+2e-=CO+2OH- CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-128.1kJ·mol-1 2.25×104 大

【解析】

（1）所列材料中硅是非常重要的半導體材料，可以用于制造太陽能電池，選C。

（2）由圖中信息可知，該裝置為電解池，與A相連的電極上發生二氧化碳到一氧化碳的轉化，二氧化碳被還原，所以該電極是電解池的陰極， A為電源負極。①電源的正極為B。②因為電解質溶液是呈堿性的碳酸鉀溶液，所以陰極發生反應的電極方程式為: CO2+ H2O+2e-=CO+2OH-.

（3）①已知CO、H2、CH3OH（1）的燃燒熱為283.0kJ/mol、285．8kJ/mol、726.5kJ/mol,則有(a)CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol、(b)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol、(c)CH3OH（1）+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/mol，由a+2b-c得，CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) ，所以△H=（-283.0kJ/mol）+2（-285.8kJ/mol）-（-726.5kJ/mol）-128.1kJ·mol-1。所以由CO和H2制備CH3OH（1）的熱化學方程式為CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-128.1kJ·mol-1。

②在398K，1L的恒容容器中充入0.1molCO和0.2molH2,發生反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g), 由表中數據可知，該反應在30min時達到平衡，平衡時的壓強是反應前的40%，所以反應混合物的總物質的量也是反應前的40%.設反應中CO的變化量為x，則H2和CH3OH的變化量分別為2x和x，則（0.1mol-x）+(0.2mol-2x)+x=(0.1mol+0.2mol)，解之得，x=0.09mol，則CO、H2、CH3OH的平衡濃度分別為0.01 mol/L、0.02 mol/L、0.09mol/L，所以該溫度下的平衡常數K=2.25×104。達到平衡后，向該容器中通入0.05mol的氣態CH3OH，再次達到平衡時，根據平衡移動原理可以判斷，CH3OH的體積分數比原平衡時大。