Question

聯(lián)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(jié)能．下列制氫方法最節(jié)能的是

 

．（填字母序號）
A．電解水制氫：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O

高溫  .

2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O

TiO2    .

太陽光

2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O

高溫

CO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：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寫出由CO₂和H₂制取甲醇的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式

 

②從3min到10min，v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
③能說明上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是

 

（填選項編號）
A．反應(yīng)中CO₂和CH₃OH的物質(zhì)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(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
④下列措施能使

n(CH3OH)

(CO2)

增大的是

 

（填選項編號）
A．升高溫度  B．恒溫恒容充入氦氣   C．將水蒸氣從體系中分離   D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3molH₂
（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（l）．有人設(shè)想利用二甲醚制作燃料電池，以KOH溶液做電解質(zhì)溶液，試寫出該電池工作時負極反應(yīng)的電極反應(yīng)方程式

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）太陽能是取之不盡用之不竭的能源；
（2）①根據(jù)化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
②3min到10min，CO₂濃度變化，計算CO₂化學反應(yīng)速率，利用計量數(shù)之比得到v（H₂）；
③根據(jù)化學平衡狀態(tài)特征判斷；
④為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，或增加甲醇的物質(zhì)的量；
（3）電池負極應(yīng)為二甲醚的氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）（1）太陽光是取之不盡用之不竭的能源，故C最節(jié)能，故答案為：C； 
（2）①根據(jù)化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，即化學平衡常數(shù)表達式為：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案為：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
②3min到10min，CO₂濃度變化為0.5mol/L-0.25mol/L=0.25mol/L，CO₂反應(yīng)速率為：

0.25mol/L

10min-3min

=

0.25

7

mol/（L?min），v（H₂）=3×v（CO₂）=

0.75

7

=0.11mol/（L?min），
故答案為：0.11；
③A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點），濃度相等而不是不變，故A錯誤；
B．ρ=

m

V

，反應(yīng)前后，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，則氣體密度始終不變，不能判斷是否平衡，故B錯誤；
C．單位時間內(nèi)每消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O，從反應(yīng)開始到平衡始終相等，不一定平衡，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
④使平衡向正反應(yīng)移動，但不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故A錯誤；
B．恒溫恒容充入He反應(yīng)物和生成物的濃度不變，對平衡無影響，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，減少生成物的濃度，平衡右移，故C正確；
D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當于增大氫氣的濃度，使平衡時CO₂轉(zhuǎn)化率增大，故D正確．
故答案為：CD；
（3）電池負極應(yīng)為二甲醚的氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成CO₃^2-，電極反應(yīng)式為C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

點評：本題考查化學平衡的有關(guān)計算，本題難度不大，做題時注意平衡常數(shù)的計算和應(yīng)用．