Question

【題目】二氧化碳是潛在的碳資源，無論是天然的二氧化碳氣藏，還是各種爐氣、尾氣、副產氣，進行分離回收和提濃，合理利用，意義重大。

(1)在空間站中常利用CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)，再電解水實現O2的循環利用，350℃時，向體積為2L的恒容密閉容器中通入8molH2和4molCO2發生以上反應。

①若反應起始和平衡時溫度相同(均為350℃)，測得反應過程中壓強(p)隨時間(t)的變化如圖中a所示，則上述反應的△H___________0(填“>”或“<”)；其他條件相同時，若僅改變某一條件，測得其壓強(p)隨時間(t)的變化如圖中曲線b所示，則改變的條件是___________。

②圖是反應平衡常數的對數與溫度的變化關系圖，m的值為___________。

(2)CO2在 Cu-ZnO催化下，同時發生如下反應I，II，是解決溫室效應和能源短缺的重要手段。

Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH (g)+H2O(g) △H1<0

Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H2>0

保持溫度T時，在容積不變的密閉容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及達平衡時，容器內各氣體物質的量及總壓強如下表：

若反應I、II均達平衡時，p0=1.4p，則表中n=__________；反應1的平衡常數Kp=____ (kPa)－2。(用含p的式子表示)

(3)Al-CO2電池是一種以低溫熔融鹽[Al2(CO3)3]為電解質，以完全非碳的鈀Pd包覆納米多孔金屬為催化劑正極的可充電電池。正極反應為：3CO2+4e－=2CO32－+C，則生成Al的反應發生在___________極(填“陽”或“陰”)，該電池充電時反應的化學方程式為___________。

Answer 1

【答案】< 加入催化劑 0 0.2 陰 2Al2（CO3）3+3C4Al+9CO2

【解析】

(1)①根據PV=nRT判斷；觀察起點終點的變化確定改變的條件；

②列三段式進行計算；

(2)根據表格找到各物質平衡時的物質的量，在計算平衡常數；

(3)負極：升失氧，正極：降得還，充電時正接正，負接負。

(1①根據PV=nRT，此反應V一定，正反應n在減小，圖像顯示壓強在增大，確定溫度在升高，所以正反應為放熱反應，△H<0；根據圖像分析發現b線相對于a線不同點只是速率加快，達到平衡時間縮短，確定改變的條件是催化劑；

答案：< 加入催化劑

②列三段式：

CO2(g)+ 2H2(g)C(s)+2H2O(g)

c（初） 2 4 0

△c x 2x 2x

c（平）2-x 4-2x 2x

(2-x+4-2x+2x)/(2+4)=5/6

x=1

K==1,lgK=lg1=0

答案：0

(2)根據表格列出各物質物質的量變化：

Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH (g)+H2O(g) △H1<0

△n n 3n n n

Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H2>0

△n 0.3-n 0.3-n 0.3-n 0.3-n

平衡時各物質的量為：CO2(g)：0.5-n-0.3+n=0.2mol H2(g):0.9-3n-0.3+n=0.6-2n

CH3OH (g):n H2O(g):0.3 CO(g):0.3-n

根據T、V一定時，壓強比等于物質的量之比計算n

==1.4,計算得出n=0.2；

平衡后物質的總量：0.2+0.6-2×0.2+0.2+0.3+0.3-0.2=1.0mol

平衡后各物質分壓： CO2(g):（0.2/1）P=0.2P H2(g) :(0.2/1)P=0.2P CH3OH (g):(0.2/1)P=0.2P H2O(g):(0.3/1)P=0.3P

Kp==

答案：0.2

(3)因為放電時Al-3e-=Al3+，則充電時應該是Al3++3e-=Al，得電子為陰極反應；充電時總反應方程式為放電時的逆反應；

答案：陰 2Al2（CO3）3+3C4Al+9CO2