Question

目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题．试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：K=

c2(H2)?c(CO2)

c2(H2O)

，它所对应的化学反应为：

 

（2）一定条件下，将C（s）和H₂O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如表所示：

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=

 

②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度

 

 （填选项字母）．
A．=0.8mol?L^-1    B．=1.4mol?L^-1    C．＜1.4mol?L^-1    D．＞1.4mol?L^-1
③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C（s）、H₂O（g）、CO₂（g）和H₂（g），达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是

 

（填选项字母）．
A.0.6mol、1.0mol、0.5mol、1.0mol
B.0.6mol、2.0mol、0mol、0mol
C.1.0mol、2.0mol、1.0mol、2.0mol
D.0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol
（3）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[ n(H2) n(CO2) ]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H

 

0，熵变△S

 

0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式

 

．若以1.12L?min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9℃），用该电池电解500mL 2mol?L^-1CuSO₄溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜

 

g．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,原电池和电解池的工作原理,等效平衡

专题：

分析：（1）根据平衡常数的定义判断反应的方程式；
（2）①利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，再根据平衡常数k计算；
②随反应进行，物质的浓度降低，反应速率较短，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，据此解答；
③反应前后气体的体积发生变化，恒温恒容下，改变初始各组分的物质的量，平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同，则为完全等效平衡，起始时固体的量碳的量减小会影响参加反应水的物质的量，故按化学计量数转化到左边，起始浓度相等，故满足c（H₂O）=2mol/L，且n（C）：n（H₂O）≥1：2；
（3）①依据平衡常数随温度变化分析判断，平衡常数只随温度变化，熵变依据反应前后气体体积变化分析；
②甲醚作为燃料电池的原料．甲醚在负极失电子发生氧化反应，依据电极书写方法写出电极反应；依据二甲醚通入的量计算物质的量，结合电子守恒计算析出铜的质量．

解答： 解：（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，根据元素守恒可推知有碳反应，所以该反应的方程式为C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂ （g），故答案为：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂ （g）；
（2）①由表中数据可知，平衡时氢气的物质的量为3.2mol，则：
          C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
开始（mol）：2      4        0        0
转化（mol）：1.6    3.2      1.6      3.2
平衡（mol）：0.4    0.8      1.6      3.2
平衡常数为：K=

c2(H2)?c(CO2)

c2(H2O)

=

1.6 2 ×( 3.2 2 )2

( 0.8 2 )2

=12.8，
故答案为：12.8；
②3min内水蒸气的浓度变化量=氢气的浓度变化量的一半=

1.2mol

1L

×

1

2

=0.6mol/L，随反应进行，物质的浓度降低，反应速率较短，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，故反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度小于2mol/L-0.6mol/L=1.4mol/L，
故答案为：C；
③反应前后气体的体积发生变化，恒温恒容下，改变初始各组分的物质的量，平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同，则为完全等效平衡，起始时固体的量碳的量减小会影响参加反应水的物质的量，按化学计量数转化到左边，起始浓度相等，故满足c（H₂O）=

4mol

2L

=2mol/L，且n（C）：n（H₂O）≥1：2，
A．按化学计量数转化到左边，CO₂与H₂恰好转化，则c（H₂O）=2mol/L，n（C）：n（H₂O）=（0.6mol+0.5mol）：（1mol+1mol）=1.1：2≥1：2，故A正确；
B．c（H₂O）=2mol/L，n（C）：n（H₂O）=0.6mol：2mol=0.6：2＜1：2，故B错误；
C．按化学计量数转化到左边，CO₂与H₂恰好转化，则c（H₂O）=4mol/L≠2mol/L，故C错误；
D．按化学计量数转化到左边，CO₂与H₂恰好转化，则c（H₂O）=2mol/L，n（C）：n（H₂O）=（0.2mol+0.75mol）：（0.5mol+1.5mol）=1：2，故D正确，
故答案为：AD；
（3）①依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，反应前后是气体体积减小的反应△S＜0，
故答案为：＜；＜；
②若用甲醚作为燃料电池的原料，甲醚在负极失电子反应氧化反应，在碱性介质中电池负极的电极反应式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
若以1.12L?min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL 2mol?L^-1 CuS0₄溶液，通电0.50min后，通入二甲醚物质的量=

1.12L/min×0.50min

22.4L/mol

=0.025mol；
依据电极反应电子守恒，CH₃OCH₃～12e^-～6Cu²⁺
n（Cu²⁺）=0.025mol×6=0.15mol
m（Cu）=0.15mol×64g/mol=9.6g
理论上可析出金属铜的质量9.6g，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；9.6．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数的影响因素判断，原电池、电解池的电极反应书写，原理应用和电子守恒计算，题目难度较大．