Question

1．低碳經(jīng)濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式．低碳經(jīng)濟的概念在中國正迅速從高端概念演變成全社會的行為，在新能源汽車、工業(yè)節(jié)能等多哥領(lǐng)域都大有作為．請運用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）工業(yè)上可利用CO或CO₂來制備清潔液體燃料甲醇．已知：800℃時，化學(xué)反應(yīng)①、反應(yīng)②對應(yīng)的平衡常數(shù)分別為2.5、1.0．
反應(yīng)①：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol ^-1
反應(yīng)②：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O （g）+CO（g）△H=+41.2kJ•mol ^-1
①寫出用CO₂與H₂反應(yīng)制備甲醇的熱化學(xué)方程式3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.6kJ/mol，
②800℃時CO₂與H₂反應(yīng)制備甲醇的反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K的數(shù)值為2.5．
（2）利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉(zhuǎn)化為CH₄和O₂． 紫外線照射時，在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH₄產(chǎn)量隨光照時間的變化如1圖所示．在0～15h內(nèi)，對反應(yīng)催化效果最好的催化劑是Ⅱ（填序號）．

（3）一定溫度下，在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)②，已知c（CO）隨反應(yīng)時間t的變化曲線a如圖2所示，在t₁時刻改變一個條件，曲線a變?yōu)閎，則改變的條件是加入催化劑．
（4）圖3為綠色電源“二甲醚（CH₃-O-CH₃）燃料電池”的工作原理示意圖，b電極為正極（填“正”或“負(fù)”）；a電極的反應(yīng)式為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
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數(shù)為①、②平衡常數(shù)乘積；
（2）相同時間內(nèi)甲烷產(chǎn)量越大，說明反應(yīng)速率越快，催化劑效果越好；
（3）在t₁時刻改變一個條件，曲線a變?yōu)閎，縮短到達(dá)平衡的時間，反應(yīng)速率加快，平衡時CO的濃度不變，改變條件不影響平衡移動，不可能是升高溫度，反應(yīng)②是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，增大壓強平衡不移動，但CO的濃度會增大，可能改變的條件是加入催化劑；
（4）由示意圖可知，a電極中二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳與氫離子，則a為負(fù)極，b為正極．

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
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.6kJ/mol，
故答案為：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.6kJ/mol；
②800℃時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的數(shù)值為2.5×1=2.5，
故答案為：2.5；
（2）由圖可知，0-15小時內(nèi)，相同時間內(nèi)第Ⅱ種催化劑的作用下收集的CH₄最多，反應(yīng)催化效果最好的催化劑是Ⅱ，
故答案為：Ⅱ；
（3）在t₁時刻改變一個條件，曲線a變?yōu)閎，縮短到達(dá)平衡的時間，反應(yīng)速率加快，平衡時CO的濃度不變，改變不影響平衡移動，不可能是升高溫度，反應(yīng)②是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，增大壓強平衡不移動，但CO的濃度會增大，可能改變的條件是加入催化劑；
故答案為：加入催化劑；
（4）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，由圖可知，a極為負(fù)極，b為正極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺，
故答案為：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺．

點評 本題考查蓋斯定律應(yīng)用、平衡常數(shù)有關(guān)計算、化學(xué)平衡圖象與影響因素、原電池等，題目涉及內(nèi)容較多，基本屬于拼合型題目，（4）中注意根據(jù)示意圖判斷產(chǎn)物，難度中等．