Question

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术的研究，把过多二氧化碳转化为有益于人类的物质．
（1）如果将CO₂和H₂以1：4的比例混合，通入反应器，在适当的条件下反应，可获得一种重要的能源．请完成以下化学方程式：CO₂+4H₂→

 

+2H₂O．
（2）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：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判断该反应达到平衡状态的标志是

 

（填字母）．
A．CH₃OH和H₂浓度相等     B．CO₂百分含量保持不变
C．容器中气体的压强不变   D．v_逆（CO₂）=3v_正（H₂） E．容器中混合气体的密度保持不变
②该温度下，此反应的平衡常数K为

 

（保留3位有效数字）．
③下列措施中能使，2（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高温度                      B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离          D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．
已知该反应的阳极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，则阴极反应式为：

 

．
（4）李明同学拟用沉淀法测定空气中CO₂的体积分数，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度积（K_sp）分别为4.96×10^-9、2.58×10^-9．李明应该选用的试剂是

 

，实验时测定的数据除空气的体积外，还需要测定

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学电源新型电池,化学平衡状态的判断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）在化学反应方程式中，反应物和生成物中所含的原子的种类和数目相同，由此可推断化学反应方程式中反应物或生成物的化学式；
（2）①根据达到平衡状态，各组分的浓度不变，正逆反应速率相等进行判断；
②根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；
③根据使 

n(CH3OH)

n(CO2)

增大应使平衡向正反应方向移动分析；
（3）阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
（4）根据CaCO₃、BaCO₃的溶度积大小可知BaCO₃更难溶，因此令CO₂生成BaCO₃反应更完全．

解答： 解：（1）根据质量守恒定律的微观解释可以知道：反应前后的原子数目和种类应该相等，分析题给的化学反应方程式可以知道，反应前出现了2个O，1个C，8个H，反应后出现了2个O，4个H，所以在X中含有4个H和1个C，
故答案为：CH₄；  
（2）①A．CH₃OH和H₂浓度是否相等与初始量有关，还与转化率有关，不能依次判断平衡状态，故A错误；
B．混合气体中CO₂百分含量不变的状态，各组分的浓度不变，正逆反应速率，达到了平衡状态，故B正确；
C．容器中压强不变的状态，反应两边气体的体积不相等，压强不变，证明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故C正确；
D．v_逆（CO₂）=3v_正（H₂），逆反应速率大于正逆反应速率，没有达到平衡状态，故D错误；
E．用CO₂、H₂、CH₃OH的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为1：3：1的状态，反应速率的大小，无法判断正逆反应速率是否相等，故E错误；
F．反应两边都是气体，容器的容积不变则气体体积不变，气体的质量守恒，所以气体的密度始终不变，所以密度无法判断平衡状态，故E错误；
故答案为：BC；
②平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，即k=

c(CH3OH)×c(H2O)

c(CO2)×c3(H2)

；
达到平衡时，c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）根据反应方程式，反应氢气的消耗难度为二氧化碳的3倍，所以平衡状态时氢气的浓度为：0.75mol/L；c（H₂O）=0.75mol/L，
K=

0.75×0.75

0.25×0.753

≈5.33，
故答案为：5.33；           
③A．该反应正反应为放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，故A错误；
B．充入He气，参加反应的物质的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，故C正确；
D．再充入1molCO₂和3molH₂，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动，故D正确．
故答案为：CD；
（3）总反应式为2CO₂=2CO+O₂，阳极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（4）根据CaCO₃、BaCO₃的溶度积大小可知BaCO₃更难溶，因此令CO₂生成BaCO₃反应更完全，故可选择Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作为CO₂的沉淀剂，测定的数据除空气的体积外，还需要测定实验时的温度、压强、沉淀的质量，故答案为：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）；实验时的温度、压强、沉淀的质量．

点评：本题考查较为综合，涉及平衡状态的判断、平衡常数、平衡移动以及电化学等知识，题目难度较大，注意把握影响平衡移动的因素以及平衡移动方向的判断．