Question

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视．所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题．
（1）写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O的热化学方程式．
已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ?mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ?mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ?mol^-1
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比[

n(H2)

n(CO2)

]的变化曲线如图1：
①在其他条件不变时，请在上图2中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[

n(H2)

n(CO2)

]变化的曲线图．
②某温度下，将2.0mol CO₂（g）和6.0mol（g）充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OCH₃（g）的物质的量分数变化情况如图3所示，关于温度和压强的关系判断正确的是

 

；

A．P₃＞P₂，T₃＞T₂ B．P₁＞P₃，T₁＞T₃ C．P₂＞P₄，T₄＞T₂ D．P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入二氧化碳和氢 气，一定条件下反应达到平衡状态．当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是

 

；
A．正反应速率先增大后减小     B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大       D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度减小        F．氢气的转化率减小
（3）最近科学家再次提出“绿色化学”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO₂转变为可再生燃料甲醇．甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式

 

．以此燃料电池作为外接电源按如图4所示电解硫酸铜溶液，如果起始时盛有1000mL pH=5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是

 

；若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入

 

（填物质名称），其质量约为

 

g．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据盖斯定律来计算热化学方程式的焓变；
（2）①根据化学方程式的系数进行回答；
②根据温度和压强对化学平衡的影响：升高温度，平衡向着吸热方向进行，增大压强，化学平衡向着气体系数和减小的方向进行来回答；
③当正逆反应速率不相等时，化学平衡会向着正方向或是逆方向进行；
（3）在燃料点池中，负极上发生失电子的氧化反应，根据电解硫酸铜溶液的反应特征分析判断恢复溶液浓度．

解答： 解：（1）CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O的化学方程式为：CO₂（g）+4H₂（g）CH₄（g）+2H₂O（g），
已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ?mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ?mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ?mol^-1
根据盖斯定律，反应CO₂（g）+4H₂（g）CH₄（g）+2H₂O（g）可以是②+③-①×2得到，
所以反应的△H=（-73kJ?mol^-1+（-171kJ?mol^-1）-2×（-41kJ?mol^-1）=-162kJ?mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）CH₄（g）+2H₂O（g），△H=-162kJ?mol^-1；
（2）①CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，根据反应知道当体积比是3的时候，甲醚的体积分数最大，如下图所示：
，故答案为：；
②根据图三可以看出，对于反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，压强越大，甲醇的物质的量分数则越大，温度越高，甲醇的物质的量分数越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃，故答案为：BD；
 ③化学平衡的标志是正逆反应速率相等，当逆反应速率大于正反应速率时，说明反应是逆向进行的，故答案为：B；
（3）在燃料电池中，负极上是燃料甲醚发生失电子的氧化反应，电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，惰性电极电解硫酸铜溶液生成铜、氧气、硫酸，恢复原溶液浓度需要加入析出的物质，即加入氧化铜可以恢复，阳极上的反应：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，当溶液pH=1时，氢离子浓度是0.1mol/L，所以减少的氢氧根离子是0.1mol，产生氧气物质的量是0.025mol，含有氧元素的物质的量是0.05mol，需要加入氧化铜的物质的量是0.05mol，质量是0.05mol×80g/mol=4g，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；氧化铜；4g．

点评：本题是一道关于热化学、电化学、化学反应速率和平衡知识的综合考查题，要求学生具有分析和解决问题的能力，综合性强，难度大．