Question

“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．所以“低碳經(jīng)濟”正成為科學家研究的主要課題．
（1）寫出CO₂與H₂反應(yīng)生成CH₄和H₂O的熱化學方程式．
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）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定條件下，該反應(yīng)中CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[

n(H2)

n(CO2)

]的變化曲線如圖1：
①在其他條件不變時，請在上圖2中畫出平衡時CH₃OCH₃的體積分數(shù)隨投料比[

n(H2)

n(CO2)

]變化的曲線圖．
②某溫度下，將2.0mol CO₂（g）和6.0mol（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量分數(shù)變化情況如圖3所示，關(guān)于溫度和壓強的關(guān)系判斷正確的是

 

；

A．P₃＞P₂，T₃＞T₂ B．P₁＞P₃，T₁＞T₃ C．P₂＞P₄，T₄＞T₂ D．P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密閉容器里按體積比為1：3充入二氧化碳和氫 氣，一定條件下反應(yīng)達到平衡狀態(tài)．當改變反應(yīng)的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向逆反應(yīng)方向移動的是

 

；
A．正反應(yīng)速率先增大后減小     B．逆反應(yīng)速率先增大后減小
C．化學平衡常數(shù)K值增大       D．反應(yīng)物的體積百分含量增大
E．混合氣體的密度減小        F．氫氣的轉(zhuǎn)化率減小
（3）最近科學家再次提出“綠色化學”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學反應(yīng)后使空氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．甲醇可制作燃料電池，寫出以稀硫酸為電解質(zhì)甲醇燃料電池負極反應(yīng)式

 

．以此燃料電池作為外接電源按如圖4所示電解硫酸銅溶液，如果起始時盛有1000mL pH=5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO₄足量），一段時間后溶液的pH變?yōu)?，此時可觀察到的現(xiàn)象是

 

；若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入

 

（填物質(zhì)名稱），其質(zhì)量約為

 

g．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：化學反應(yīng)中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來計算熱化學方程式的焓變；
（2）①根據(jù)化學方程式的系數(shù)進行回答；
②根據(jù)溫度和壓強對化學平衡的影響：升高溫度，平衡向著吸熱方向進行，增大壓強，化學平衡向著氣體系數(shù)和減小的方向進行來回答；
③當正逆反應(yīng)速率不相等時，化學平衡會向著正方向或是逆方向進行；
（3）在燃料點池中，負極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)電解硫酸銅溶液的反應(yīng)特征分析判斷恢復溶液濃度．

解答： 解：（1）CO₂與H₂反應(yīng)生成CH₄和H₂O的化學方程式為：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
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CO₂（g）+4H₂（g）CH₄（g）+2H₂O（g）可以是②+③-①×2得到，
所以反應(yīng)的△H=（-73kJ?mol^-1+（-171kJ?mol^-1）-2×（-41kJ?mol^-1）=-162kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）CH₄（g）+2H₂O（g），△H=-162kJ?mol^-1；
（2）①CH₃OCH₃的體積分數(shù)隨投料比[n（H₂）/n（CO₂）]的增大而增大，根據(jù)反應(yīng)知道當體積比是3的時候，甲醚的體積分數(shù)最大，如下圖所示：
，故答案為：；
②根據(jù)圖三可以看出，對于反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，壓強越大，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)則越大，溫度越高，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃，故答案為：BD；
 ③化學平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相等，當逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率時，說明反應(yīng)是逆向進行的，故答案為：B；
（3）在燃料電池中，負極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，惰性電極電解硫酸銅溶液生成銅、氧氣、硫酸，恢復原溶液濃度需要加入析出的物質(zhì)，即加入氧化銅可以恢復，陽極上的反應(yīng)：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，當溶液pH=1時，氫離子濃度是0.1mol/L，所以減少的氫氧根離子是0.1mol，產(chǎn)生氧氣物質(zhì)的量是0.025mol，含有氧元素的物質(zhì)的量是0.05mol，需要加入氧化銅的物質(zhì)的量是0.05mol，質(zhì)量是0.05mol×80g/mol=4g，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；氧化銅；4g．

點評：本題是一道關(guān)于熱化學、電化學、化學反應(yīng)速率和平衡知識的綜合考查題，要求學生具有分析和解決問題的能力，綜合性強，難度大．