Question

【题目】（题文）含碳物质在日常生活与工业生产上有广泛的应用。

（1）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图1所示，写出电极A中发生的电极方程式_____；

（2）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化见图2。在15小时内，CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为______________（填序号）。

（3）以 TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图3。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是______________________；

（4）CO和H2在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)获得甲醇。向2L的密闭容器中通入1mol CO(g)和2mol H2(g)，发生反应合成甲醇，反应过程中，CH3OH的物质的量（n）与时间（t）及温度的关系如图4所示。

①500℃的此反应的平衡常数K=________________；

②据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量的CO2 有利于维持Cu2O的量不变，原因是________________（用化学方程式表示）。

③在500℃恒压条件下，请在图4中画出反应体系中n(CH3OH)随时间t变化的总趋势图________________。

Answer 1

【答案】H2-2e-＋CO32-=CO2＋H2O、CO-2e-＋CO32-=2CO2Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ300℃<T<400℃4Cu2O+CO2Cu+CO2

【解析】

(1)燃料电池工作时，通入燃料的为负极，即CO和H2在负极失去电子发生氧化反应，电极反应为：H2-2e-＋CO32-=CO2＋H2O、CO-2e-＋CO32-=2CO2，故答案为：H2-2e-＋CO32-=CO2＋H2O、CO-2e-＋CO32-=2CO2；

(2)由图2可知，在0～15h内，甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅰ)＜△n(Ⅲ)＜△n(Ⅱ)，故在0～15h内，CH4的平均生成速率Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ，故答案为：Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ；

(3)根据图像，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，故以后乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，故乙酸主要取决于温度影响的范围为300℃～400℃，故答案为：300℃～400℃；

(4)①根据图像，2s后达到平衡，平衡时甲醇的物质的量为0.5mol，浓度为0.25mol/L，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol/L) 0.5 1 0

反应(mol/L)0.25 0.5 0.25

平衡(mol/L)0.25 0.5 0.25

500℃的此反应的平衡常数K===4，故答案为：4；

②在加热条件下CO能还原Cu2O使其减少，因此反应体系中含有少量二氧化有利于抑制反应向正反应方向移动，维持Cu2O的量不变，反应方程式为Cu2O+CO2Cu+CO2，故答案为：Cu2O+CO2Cu+CO2；

③合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，反应后气体体积减小，在500℃恒压条件下，容器体积减小压强增大，相当于增大了压强，反应速率加快，达到平衡需要的时间减少，增大压强，平衡正向移动，甲醇的物质的量增大，图像为；故答案为：；