Question

19．联合国气候变化大会于2009年12月7-18日在哥本哈根召开．中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%．
（1）有效“减碳”的手段之一是节能．下列制氢方法最节能的是C．（填字母序号）
A．电解水制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高温使水分解制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太阳光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+3H₂
（2）CO₂可转化成有机物实现碳循环．在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①写出由CO₂和H₂制取甲醇的反应的平衡常数表达式$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$_
②从3min到10min，v（H₂）=0.11mol/（L•min）．
③能说明上述反应达到平衡状态的是D（选填编号）
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
④下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD（选填编号）
A．升高温度
B．恒温恒容充入He（g）
C．将H₂O（g）从体系中分离
D．恒温恒容再充入1molCO₂和3molH₂
（3）CO₂加氢合成DME（二甲醚）是解决能源危机的研究方向之一．
2CO₂（g）+6H₂（g）→CH₃Och₃（g）+3H₂O．有人设想利用二甲醚制作燃料电池，以KOH溶液做电解质溶液，试写出该电池工作时负极反应的电极反应方程式C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）最节能的方法是利用太阳能；
（2）①化学平衡常数K=$\frac{生成物浓度系数幂次方}{反应物浓度系数幂次方}$；
②根据图象计算v（CO₂），根据反应速率之比等于化学计量数之比计算；
③当达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，以此判断；
④能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡向正反应方向移动；
（3）电池负极应为二甲醚的氧化反应．

解答 解：（1）太阳光是取之不尽用之不竭的能源，利用太阳能制备氢气应为最节能的方法，故答案为：C；
（2）①化学平衡常数K=$\frac{生成物浓度系数幂次方}{反应物浓度系数幂次方}$=$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$，故答案为：$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$；
②v（CO₂）=$\frac{0.25mol/L}{7min}$，则v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.25mol/L}{7min}$=0.11mol/（L•min），
故答案为：0.11；
③A．由图可知反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1时，并未达到平衡状态，故A错误；
B．因气体的质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，都存在混合气体的密度不随时间的变化而变化，不能判断是否达到平衡状态，故B错误；
C．无论是否达到平衡状态，都存在单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O，故C错误；
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，说明达到平衡状态，故D正确．
故答案为：D；
④A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则比值减小，故A错误；
B．恒温恒容充入He（g），平衡不移动，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，故C正确；
D．恒温恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于在原来基础上缩小体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，故D正确，
故答案为：CD；
（3）电池负极应为二甲醚的氧化反应，在碱性条件下生成CO₃^2-，电极反应式为C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题综合考查化学平衡以及电化学知识，题目难度较大，注意反应速率的计算、平衡状态的判断以及化学平衡的计算方法，利用平衡常数计算为解答该题的关键．