Question

20．全球氣候變暖已經(jīng)成為全世界人類面臨的重大問題，溫家寶總理在“哥本哈根會議”上承諾到2020年中國減排溫室氣體40%．

（1）降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為2L的恒容密閉容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．測得CO₂和CH₃OH_（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．
①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）；
②氫氣平衡時的物質的量濃度為0.75mol/L；
③下列措施中能使平衡體系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度
B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離出去
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
④當反應達到平衡時，H₂的物質的量濃度為c₁，然后向容器中再加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，待反應再一次達到平衡后，H₂的物質的量濃度為c₂．則c₁＜c₂的關系（填＞、＜、=）．
（2）減少溫室氣體排放的關鍵是節(jié)能減排，大力開發(fā)利用燃料電池就可以實現(xiàn)這一目標．如圖2所示甲烷燃料電池就是將電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定．將其插入KOH溶液從而達到吸收CO₂的目的．請回答：
①通入甲烷一極的電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②隨著電池不斷放電，電解質溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
③通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率大于（填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃燒的能量利用率．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②根據(jù)氫氣的平衡濃度判斷轉化的物質的量，進而可計算轉化率；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動；
④若是恒容密閉容器，加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，雖然逆向移動，平衡移動的結果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡逆向移動，氫氣的物質的量基礎上增強；
（2）①甲烷燃料電池中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應，總反應是燃料和氧氣反應的化學方程式；
②根據(jù)電池的總反應確定酸堿性的變化；
③根據(jù)能量轉化情況來回答．

解答 解：（1）①利用三段式解題法計算   
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1        3              0           0
變化（mol/L）：0.75      2.25             0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25      0.75             0.75       0.75
從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225；
②氫氣平衡時的物質的量濃度為0.75mol/L，
故答案為：0.75mol/L；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動，
A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應物質來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯誤．故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應方法移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確．
故答案為：CD；
④若是恒容密閉容器，加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，雖然逆向移動，平衡移動的結果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡逆向移動，氫氣的物質的量基礎上增強，且平衡常數(shù)不變達到平衡時H₂的物質的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c₁＜c₂，故答案為：＜；
（2）①在堿性溶液中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②燃料電池的總反應是：CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O，消耗氫氧根離子，所以堿性減弱，pH減小，故答案為：減小；
③甲烷燃燒時要放出熱量、光能，所以燃料電池中甲烷的利用率比甲烷燃燒的能量利用率高，故答案為：大于．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學、電化學以及化學平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計算各物質的平衡濃度為解答該題的關鍵．