Question

（14分）聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)2009年12月7日在丹麥?zhǔn)锥几绫竟�根拉開(kāi)帷幕，降低大氣中CO2的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO2，引起了各國(guó)的普遍重視。

工業(yè)上有一種方法是用CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，298.15K時(shí)，CO2、H2、與CH3OH、H2O的平均能量與合成甲醇反應(yīng)的活化能的曲線圖如圖1所示，據(jù)圖回答問(wèn)題：

（1）寫(xiě)出合成甲醇反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 ；

圖1 圖2

（2）在圖中曲線 （填“a”或“b”）表示加入催化劑的能量變化曲線。

（3）在體積為l L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，測(cè)得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．

①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝___________mol/(L·min)。

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_________________，升高溫度，K值 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

③下列措施中能使n(CH3OH)／n(CO2)增大的是___________。

A．升高溫度 B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大

C．將H2O(g)從體系中分離 D．再充入1mol CO2和3mol H2

（4）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO2，還要求提供充足的O2。某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO2＝2CO＋O2，CO可用作燃料。已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH――4e―＝O2↑＋2H2O，則陰極反應(yīng)式為：_______________________________ 。

有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO＝2C＋O2（△H＞0、△S＜0）來(lái)消除CO的污染。請(qǐng)你判斷是否可行并說(shuō)出理由：__________________________ 。

 

Answer 1

（1）CO2(g)+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g） △H=-（n-m）kJ/mol（2分）

（2）b（1分）

（3）①0.225（2分） ②5.33（2分），減�。�1分） ③CD（2分）

（4）2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-（2分）

不可行，△G=△H-T△S﹥0不自發(fā)（2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)圖1可知生成甲醇的反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，該反應(yīng)的熱效應(yīng)是-（n-m）kJ/mol，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g） △H=-（n-m）kJ/mol；

（2）加入催化劑使反應(yīng)的活化能降低，所以b曲線代表使用催化劑的能量變化曲線；

（3）①根據(jù)圖2，10min達(dá)平衡時(shí)甲醇的濃度變化是增大0.75mol/L，所以氫氣的濃度減少0.75mol/L×3=2.25mol/L，所以氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝2.25mol/L/10min=0.225mol/(L·min)。

② CO2(g)+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）

開(kāi)始時(shí)（mol/L） 1 3

轉(zhuǎn)化的（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡時(shí)（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75

該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=0.75×0.75/0.25×0.753=5.33；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，K值減��；

③A、升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，n(CH3OH)減小，n(CO2)增大，比值減小，錯(cuò)誤；B、充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大，恒容容器，充入He氣，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，比值不變，錯(cuò)誤；C、將H2O(g)從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，n(CH3OH)增大，n(CO2)減小，比值增大，正確； D、再充入1mol CO2和3mol H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，n(CH3OH)增大，n(CO2)減小，比值增大，正確，答案選CD；

（4）陰極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-陽(yáng)極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)式為2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-；設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO＝2C＋O2（△H＞0、△S＜0）來(lái)消除CO的污染不可行，因?yàn)樵摲磻?yīng)是焓增熵減的反應(yīng)，不能自發(fā)進(jìn)行。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)的判斷，化學(xué)平衡的移動(dòng)，電化學(xué)原理的應(yīng)用