Question

隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．科學家致力于二氧化碳的“組合轉(zhuǎn)化”技術的研究，把過多二氧化碳轉(zhuǎn)化為有益于人類的物質(zhì)．
（1）如果將CO₂和H₂以1：4的比例混合，通入反應器，在適當?shù)臈l件下反應，可獲得一種重要的能源．請完成以下化學方程式：CO₂+4H₂→

 

+2H₂O．
（2）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1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件下發(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所示．
①判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是

 

（填字母）．
A．CH₃OH和H₂濃度相等     B．CO₂百分含量保持不變
C．容器中氣體的壓強不變   D．v_逆（CO₂）=3v_正（H₂） E．容器中混合氣體的密度保持不變
②該溫度下，此反應的平衡常數(shù)K為

 

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

 

．
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          D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（3）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂．某種電化學裝置可實現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．
已知該反應的陽極反應為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，則陰極反應式為：

 

．
（4）李明同學擬用沉淀法測定空氣中CO₂的體積分數(shù)，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度積（K_sp）分別為4.96×10^-9、2.58×10^-9．李明應該選用的試劑是

 

，實驗時測定的數(shù)據(jù)除空氣的體積外，還需要測定

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,化學電源新型電池,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）在化學反應方程式中，反應物和生成物中所含的原子的種類和數(shù)目相同，由此可推斷化學反應方程式中反應物或生成物的化學式；
（2）①根據(jù)達到平衡狀態(tài)，各組分的濃度不變，正逆反應速率相等進行判斷；
②根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算；
③根據(jù)使 

n(CH3OH)

n(CO2)

增大應使平衡向正反應方向移動分析；
（3）陰極發(fā)生還原反應，CO₂被還原生成CO，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式；
（4）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應更完全．

解答： 解：（1）根據(jù)質(zhì)量守恒定律的微觀解釋可以知道：反應前后的原子數(shù)目和種類應該相等，分析題給的化學反應方程式可以知道，反應前出現(xiàn)了2個O，1個C，8個H，反應后出現(xiàn)了2個O，4個H，所以在X中含有4個H和1個C，
故答案為：CH₄；  
（2）①A．CH₃OH和H₂濃度是否相等與初始量有關，還與轉(zhuǎn)化率有關，不能依次判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合氣體中CO₂百分含量不變的狀態(tài)，各組分的濃度不變，正逆反應速率，達到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．容器中壓強不變的狀態(tài)，反應兩邊氣體的體積不相等，壓強不變，證明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．v_逆（CO₂）=3v_正（H₂），逆反應速率大于正逆反應速率，沒有達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．用CO₂、H₂、CH₃OH的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應速率的比為1：3：1的狀態(tài)，反應速率的大小，無法判斷正逆反應速率是否相等，故E錯誤；
F．反應兩邊都是氣體，容器的容積不變則氣體體積不變，氣體的質(zhì)量守恒，所以氣體的密度始終不變，所以密度無法判斷平衡狀態(tài)，故E錯誤；
故答案為：BC；
②平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，即k=

c(CH3OH)×c(H2O)

c(CO2)×c3(H2)

；
達到平衡時，c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）根據(jù)反應方程式，反應氫氣的消耗難度為二氧化碳的3倍，所以平衡狀態(tài)時氫氣的濃度為：0.75mol/L；c（H₂O）=0.75mol/L，
K=

0.75×0.75

0.25×0.753

≈5.33，
故答案為：5.33；           
③A．該反應正反應為放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，故A錯誤；
B．充入He氣，參加反應的物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，平衡向正反應方向移動，故C正確；
D．再充入1molCO₂和3molH₂，反應物濃度增大，平衡向正反應方向移動，故D正確．
故答案為：CD；
（3）總反應式為2CO₂=2CO+O₂，陽極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式，所以陰極反應為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（4）根據(jù)CaCO₃、BaCO₃的溶度積大小可知BaCO₃更難溶，因此令CO₂生成BaCO₃反應更完全，故可選擇Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作為CO₂的沉淀劑，測定的數(shù)據(jù)除空氣的體積外，還需要測定實驗時的溫度、壓強、沉淀的質(zhì)量，故答案為：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）；實驗時的溫度、壓強、沉淀的質(zhì)量．

點評：本題考查較為綜合，涉及平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)、平衡移動以及電化學等知識，題目難度較大，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．