Question

“低碳循環”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2，引起了全世界的普遍重視。所以“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題。

（1）寫出CO2與H2反應生成CH4和H2O的熱化學方程式???????????????????? 。

已知：? ① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)??? ΔH＝－41kJ·mol－1

② C(s)+2H2(g)CH4(g)??????????? ΔH＝－73kJ·mol－1

③ 2CO(g)C(s)+CO2(g)???? ????? ΔH＝－171kJ·mol－1

（2）將燃煤廢氣中的CO2轉化為二甲醚的反應原理為：2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)。已知一定條件下，該反應中CO2的平衡轉化率隨溫度、投料比[n(H2) / n(CO2)]的變化曲線如下左圖：

①在其他條件不變時，請在上圖中畫出平衡時CH3OCH3的體積分數隨投料比[n(H2) / n(CO2)]變化的曲線圖。

②某溫度下，將2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數變化情況如圖所示，關于溫度和壓強的關系判斷正確的是??? ? ??? ?? ；

A. P3＞P2，T3＞T2???????? B. P1＞P3，T1＞T3??? C. P2＞P4，T4＞T2???????? D. P1＞P4，T2＞T3

③在恒容密閉容器里按體積比為1:3充入二氧化碳和氫 氣，一定條件下反應達到平衡狀態。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向逆反應方向移動的是 ????? ；

A. 正反應速率先增大后減小

B. 逆反應速率先增大后減小

C. 化學平衡常數K值增大

D. 反應物的體積百分含量增大

E. 混合氣體的密度減小

F. 氫氣的轉化率減小

（3）最近科學家再次提出“綠色化學”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO2從溶液中提取出來，經化學反應后使空氣中的CO2轉變為可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料電池，寫出以稀硫酸為電解質甲醇燃料電池負極反應式__?????????????????????????? ?? 。以此燃料電池作為外接電源按圖所示電解硫酸銅溶液，如果起始時盛有1000mL pH＝5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO4足量），一段時間后溶液的pH變為1，此時可觀察到的現象是????????????????????? ；若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入?????? （填物質名稱），其質量約為??? g。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)??? ΔH＝－162kJ·mol－1 （2分）

(2) ①畫圖（見圖）（2分）

②BD? （2分）????? ③ B?? （2分）

（3）CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+?? （2分）石墨電極表面有氣泡產生，鐵電極上附著一層紅色物質，溶液顏色變淺（3分，按3個現象給分），氧化銅（或碳酸銅）（1分），4g（或6.2g）（1分）

【解析】

試題分析：（1）已知：① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)? ΔH＝－41kJ·mol－1、② C(s)+2H2(g)CH4(g)? ΔH＝－73kJ·mol－1、③ 2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171kJ·mol－1，則根據蓋斯定律可知，③－①×2+②即得到CO2與H2反應生成CH4和H2O的熱化學方程式O2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)??? ΔH＝－162kJ·mol－1。

（2）①根據圖像可知CO2的平衡轉化率在溫度一定的條件下隨投料比的增大而增大。根據方程式可知投料比＝3時生成物的含量最高，所以雖然CO2的平衡轉化率在溫度一定的條件下隨投料比的增大而增大，但二甲醚的體積分數只有在投料比＝3時最大，所以圖像可以表示為見答案。

②對于反應：2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則二甲醚的物質的量分數越大；升高溫度二氧化碳的轉化率降低，說明正方應是放熱反應，即升高溫度平衡向逆反應方向移動，二甲醚的物質的量分數越小，所以P1＞P2＞P3＞P4，T1＞T2＞T3＞T4，答案選BD。

③A.正反應速率先增大后減小，說明反應向正反應方向移動，A不正確；B. 逆反應速率先增大后減小，說明反應向逆反應方向移動，B正確；C.化學平衡常數K值增大說明平衡向正反應方向移動，C不正確；D. 反應物的體積百分含量增大說明反應向正反應方向移動，D不正確；E. 密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，因此混合氣體的密度始終不變，E不正確；???????? F. 氫氣的轉化率減小，但平衡不一定向逆反應方向移動，例如通入氫氣，氫氣的轉化率也較低，F不正確，答案選B。

（3）原電池中負極失去電子發生氧化反應，則以稀硫酸為電解質甲醇燃料電池中甲醇在負極通入，負極反應式為CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；根據裝置圖可知，石墨是陽極，溶液中的OH－放電放出氧氣。鐵是正極，溶液中的銅離子放電析出銅，所以實驗現象是石墨電極表面有氣泡產生，鐵電極上附著一層紅色物質，溶液顏色變淺；電解產物是氧氣、銅和稀硫酸，所以若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入氧化銅或碳酸銅。溶液中氫離子的物質的量是0.1mol/L×1L＝0.1mol，則根據方程式2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑可知，需要氧化銅的物質的量是0.1mol÷2＝0.05mol，質量是0.05mol×80g/mol＝4.0g。而碳酸銅的質量則是0.05mol×124/mol＝6.2g。

考點：考查熱化學方程式的書寫、外界條件對平衡狀態的判斷、電化學原理的應用與計算