Question

15．二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向．
（1）．用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H，在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如表：

时间/min 浓度/（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	2.0	1.16	0.80	0.80	0.96	0.96
N2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72
CO2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72

①根据图表数据分析T₁℃时，该反应在0-20min的平均反应速率
v（N₂）=0.03mol•L^-1•min^-1；计算该反应的平衡常数K=0.5625．
②30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是BC（填字母代号）．
A．加入合适的催化剂      B．适当缩小容器的体积
C．通入一定量的NO       D．加入一定量的活性炭
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则达到新平衡时NO的转化率降低（填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
写出CO₂（g）和H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7kJ•mol^-1．
（3）二甲醚燃料电池具有能量转化率高、电量大的特点而被广泛应用，一种二甲醚氧气电池（电解质为KOH溶液）的负极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）①由表格数据可知，20min达到平衡状态，则
     C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
开始               2.0          0              0
转化                1.2        0.6            0.6
平衡                0.8        0.6             0.6
结合v=$\frac{△c}{△t}$、结合平衡浓度计算K；
②30min后，反应物、生成物的浓度均增大；
③由20min平衡时NO、N₂、CO₂的浓度之比为4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，可知升高温度平衡逆向移动；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知，①×2+②得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）；
（3）二甲醚氧气电池（电解质为KOH溶液），正极上氧气得到电子生成氢氧根离子，负极上CH₃OCH₃失去电子生成碳酸根离子．

解答 解：（1）（1）①由表格数据可知，20min达到平衡状态，则
     C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
开始               2.0          0              0
转化                1.2        0.6            0.6
平衡                0.8        0.6             0.6
该反应在0-20min的平均反应速率v（N₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=0.03mol•L^-1•min^-1；
该反应的平衡常数K=$\frac{0.6×0.6}{0．{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$=0.5625；
故答案为：0.03；0.5625；
②A．加入合适的催化剂，平衡不移动，与图象不符，故A不选；      
B．适当缩小容器的体积，平衡不移动，但浓度均增大，与图象符合，故B选；
C．通入一定量的NO，平衡正向移动，反应物、生成物浓度均增大，与图象符合，故C选；       
D．加入一定量的活性炭，平衡不移动，与图象不符，故D不选；
故答案为：BC；
③由20min平衡时NO、N₂、CO₂的浓度之比为4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，可知升高温度平衡逆向移动，达到新平衡时NO的转化率降低，正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：降低；＜；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知，①×2+②得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），△H=（-49.1kJ•mol^-1）×2+（-24.5kJ•mol^-1）=-122.7 kJ•mol^-1，
即热化学方程式为2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1，
故答案为：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；
（3）二甲醚氧气电池（电解质为KOH溶液），负极上CH₃OCH₃失去电子生成碳酸根离子，负极反应是为CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，涉及平衡三段法、K的计算、盖斯定律及电极反应等，把握速率、K的计算及平衡移动的影响、盖斯定律应用为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，综合性较强，题目难度不大．