Question

【題目】研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義。

（1）已知拆開1 mol H2、1 mol O2和液態水中1 mol O—H鍵使之成為氣態原子所需的能量分別為436 kJ、496 kJ和462 kJ；CH3OH(g)的燃燒熱為627 kJ·mol－1。則CO2(g)＋3H2(g)＝CH3OH(g)＋H2O(l) H＝___________kJ·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(l)

① 該反應平衡常數表達式K＝_______________。

② 已知在某壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉化率如圖所示，該反應的H________0 (填“＞”或“＜”)。

若溫度不變，減小反應投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將_____(填“增大”、“減小”或“不變”)。

③某溫度下，向體積一定的密閉容器中通入CO2(g)與H2(g)發生上述反應，當下列物理量不再發生變化時，能證明上述可逆反應達到平衡的量是__________。

A．二氧化碳的濃度 B．容器中的壓強

C．氣體的密度 D．CH3OCH3與H2O的物質的量之比

（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，裝置如圖所示：

請寫出電解過程中Y電極附近觀察到的現象：______________，當燃料電池消耗2.8L O2(標準狀況下)時，計算此時NaCl溶液的pH=________(假設溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出)。

Answer 1

【答案】 －93 c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)] ＜ 不變 ABC Y電極附近溶液中有氣體產生，上部分呈黃綠色 14

【解析】(1)已知拆開1 mol H2、1 mol O2和液態水中1 mol O—H鍵使之成為氣態原子所需的能量分別為436 kJ、496 kJ和462 kJ，依此可寫出H2燃燒生成液態水的熱化學方程式為①2H2(g)＋O2(g)= 2H2O(l) △H=－480kJ·mol－1；由CH3OH(g)的燃燒熱為627 kJ·mol－1，可得CH3OH(g)燃燒的熱化學方程式為②CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－627kJ·mol－1，由蓋斯定律可進行①×3/2—②，即得CO2(g)＋3H2(g)＝CH3OH(g)＋H2O(l) H＝－93 kJ·mol－1；

(2)①根據平衡常數的表達式定義可得，反應2CO2(g)＋ 6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(l)的平衡常數表達式K＝c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)]；②根據圖象分析，溫度越高，CO2的轉化率越低，說明升高溫度，平衡向左移動，則該反應為放熱反應，即H＜ 0；若溫度不變，減小反應投料比[n(H2)/n(CO2)]，CO2的轉化率減小，說明平衡向左移動，但平衡常數K是不變的，因為平衡常數K只隨溫度的改變而變化；③根據化學平衡狀態的特征，分析如下：A、當c(CO2)不變時，說明反應已達平衡，則A正確；B、在體積一定的密閉容器中，該反應前后氣體體積不相等，所以當壓強不變時，說明反應已達平衡，故B正確；C、根據ρ=m/V，在體積一定的密閉容器中，V不變，但生成物水是液體，所以氣體的總質量m會變化，導致密度ρ的改變，故當密度ρ不變時，說明反應已達平衡，即C正確；D、這是從反應物CO2(g)與H2(g)開始進行的反應，所以生成物CH3OCH3與H2O的物質的量之比始終都是1:3，是不變的，故CH3OCH3與H2O的物質的量之比不變時，不能說明反應已達平衡，即D錯誤。故正確答案為ABC；

(3)由裝置圖可知，Y電極與電源正極相連，即為陽極，電解NaCl溶液的陽極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，所以可觀察到的現象為電極上有氣泡產生，上部氣體呈黃綠色；當燃料電池消耗2.8L O2(標準狀況下)時，電路中轉移的電子n(e- )==0.5mol,根據電子轉移守恒，結合電解NaCl溶液的反應方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑,可得此時溶液中生成n(OH-)=0.5mol，c(OH-)=0.5mol/0.5L=1.0mol/L，所以溶液的pH=14。