Question

1．低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式．低碳经济的概念在中国正迅速从高端概念演变成全社会的行为，在新能源汽车、工业节能等多哥领域都大有作为．请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质．
（1）工业上可利用CO或CO₂来制备清洁液体燃料甲醇．已知：800℃时，化学反应①、反应②对应的平衡常数分别为2.5、1.0．
反应①：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol ^-1
反应②：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O （g）+CO（g）△H=+41.2kJ•mol ^-1
①写出用CO₂与H₂反应制备甲醇的热化学方程式3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.6kJ/mol，
②800℃时CO₂与H₂反应制备甲醇的反应化学平衡常数K的数值为2.5．
（2）利用光能和光催化剂，可将CO₂和H₂O（g）转化为CH₄和O₂． 紫外线照射时，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH₄产量随光照时间的变化如1图所示．在0～15h内，对反应催化效果最好的催化剂是Ⅱ（填序号）．

（3）一定温度下，在3L容积可变的密闭容器中发生上述反应②，已知c（CO）随反应时间t的变化曲线a如图2所示，在t₁时刻改变一个条件，曲线a变为b，则改变的条件是加入催化剂．
（4）图3为绿色电源“二甲醚（CH₃-O-CH₃）燃料电池”的工作原理示意图，b电极为正极（填“正”或“负”）；a电极的反应式为CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）已知：①：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.2kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常数为①、②平衡常数乘积；
（2）相同时间内甲烷产量越大，说明反应速率越快，催化剂效果越好；
（3）在t₁时刻改变一个条件，曲线a变为b，缩短到达平衡的时间，反应速率加快，平衡时CO的浓度不变，改变条件不影响平衡移动，不可能是升高温度，反应②是反应前后气体的物质的量不变的反应，增大压强平衡不移动，但CO的浓度会增大，可能改变的条件是加入催化剂；
（4）由示意图可知，a电极中二甲醚发生氧化反应生成二氧化碳与氢离子，则a为负极，b为正极．

解答 解：（1）①已知：①：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.2kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.6kJ/mol，
故答案为：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.6kJ/mol；
②800℃时该反应的化学平衡常数K的数值为2.5×1=2.5，
故答案为：2.5；
（2）由图可知，0-15小时内，相同时间内第Ⅱ种催化剂的作用下收集的CH₄最多，反应催化效果最好的催化剂是Ⅱ，
故答案为：Ⅱ；
（3）在t₁时刻改变一个条件，曲线a变为b，缩短到达平衡的时间，反应速率加快，平衡时CO的浓度不变，改变不影响平衡移动，不可能是升高温度，反应②是反应前后气体的物质的量不变的反应，增大压强平衡不移动，但CO的浓度会增大，可能改变的条件是加入催化剂；
故答案为：加入催化剂；
（4）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电，由图可知，a极为负极，b为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺，
故答案为：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺．

点评 本题考查盖斯定律应用、平衡常数有关计算、化学平衡图象与影响因素、原电池等，题目涉及内容较多，基本属于拼合型题目，（4）中注意根据示意图判断产物，难度中等．