Question

联合国气候变化大会于2009年12月7-18日在哥本哈根召开．中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%．
（1）有效“减碳”的手段之一是节能．下列制氢方法最节能的是

 

．（填字母序号）
A．电解水制氢：2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑
B．高温使水分解制氢：2H₂O

高温  .

2H₂↑+O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O

TiO2    .

太阳光

2H₂↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂O

高温

CO+3H₂
（2）CO₂可转化成有机物实现碳循环．在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①写出由CO₂和H₂制取甲醇的反应的平衡常数表达式

 

②从3min到10min，v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
③能说明上述反应达到平衡状态的是

 

（填选项编号）
A．反应中CO₂和CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
④下列措施能使

n(CH3OH)

(CO2)

增大的是

 

（填选项编号）
A．升高温度  B．恒温恒容充入氦气   C．将水蒸气从体系中分离   D．恒温恒容再充入1mol CO₂和3molH₂
（3）CO₂加氢合成DME（二甲醚）是解决能源危机的研究方向之一．
2CO₂（g）+6H₂（g）→CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）．有人设想利用二甲醚制作燃料电池，以KOH溶液做电解质溶液，试写出该电池工作时负极反应的电极反应方程式

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）太阳能是取之不尽用之不竭的能源；
（2）①根据化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；
②3min到10min，CO₂浓度变化，计算CO₂化学反应速率，利用计量数之比得到v（H₂）；
③根据化学平衡状态特征判断；
④为使甲醇与二氧化碳的物质的量比值增大，应使平衡向正反应方向移动，或增加甲醇的物质的量；
（3）电池负极应为二甲醚的氧化反应．

解答： 解：（1）（1）太阳光是取之不尽用之不竭的能源，故C最节能，故答案为：C； 
（2）①根据化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，即化学平衡常数表达式为：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案为：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
②3min到10min，CO₂浓度变化为0.5mol/L-0.25mol/L=0.25mol/L，CO₂反应速率为：

0.25mol/L

10min-3min

=

0.25

7

mol/（L?min），v（H₂）=3×v（CO₂）=

0.75

7

=0.11mol/（L?min），
故答案为：0.11；
③A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点），浓度相等而不是不变，故A错误；
B．ρ=

m

V

，反应前后，气体质量不变，容器体积不变，则气体密度始终不变，不能判断是否平衡，故B错误；
C．单位时间内每消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O，从反应开始到平衡始终相等，不一定平衡，故C错误；
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故D正确；
故答案为：D；
④使平衡向正反应移动，但不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，故A错误；
B．恒温恒容充入He反应物和生成物的浓度不变，对平衡无影响，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，减少生成物的浓度，平衡右移，故C正确；
D．恒温恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于增大氢气的浓度，使平衡时CO₂转化率增大，故D正确．
故答案为：CD；
（3）电池负极应为二甲醚的氧化反应，在碱性条件下生成CO₃^2-，电极反应式为C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

点评：本题考查化学平衡的有关计算，本题难度不大，做题时注意平衡常数的计算和应用．