Question

（2010?啟東市模擬）聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7-18日在哥本哈根召開．中國政府承諾，到2020
年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%．
（1）有效“減碳”的手段之一是節(jié)能．下列制氫方法最節(jié)能的是

C

．（填字母序號）
A．電解水制氫：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑    B．高溫使水分解制氫：2H₂O

高溫  .

2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O

TiO2    .

太陽光

2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O

高溫

CO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①從3min到10min，v（H₂）=

0.11

mol/（L?min）．
②能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是

D

（選填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點）
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內(nèi)每消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
③下列措施中能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大的是

CD

（選填編號）．
A．升高溫度B．恒溫恒容充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離    D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂
④相同溫度下，如果要使氫氣的平衡濃度為1mol/L，則起始時應向容器中充入1mol CO₂和

3.58

mol H₂，平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為

86.1%

．
（參考數(shù)據(jù)：

7

=2.64；

448

=21.166．計算結(jié)果請保留3位有效數(shù)字．）
（3）CO₂加氫合成DME（二甲醚）是解決能源危機的研究方向之一．
2CO₂（g）+6H₂（g）→CH₃OCH₃（g）+3H₂O．有人設想利用二甲醚制作燃料電池，
以KOH溶液做電解質(zhì)溶液，試寫出該電池工作時負極反應的電極反應方程式

C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O

．

Answer 1

分析：（1）最節(jié)能的方法是利用太陽能；
（2）①根據(jù)圖象計算v（CO₂），根據(jù)反應速率之比等于化學計量數(shù)之比計算；
②當達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；
③能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動；
④根據(jù)圖象計算各物質(zhì)的平衡濃度，進而計算平衡常數(shù)，根據(jù)平衡常數(shù)計算；
（3）電池負極應為二甲醚的氧化反應．

解答：解：（1）太陽光是取之不盡用之不竭的能源，利用太陽能制備氫氣應為最節(jié)能的方法，故答案為：C；
（2）①v（CO₂）=

0.25mol/L

7min

，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×

0.25mol/L

7min

=0.11mol/（L?min），
故答案為：0.11；
②A．由圖可知反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時，并未達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．因氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在單位時間內(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明達到平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：D；
③A．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則比值減小，故A錯誤；
B．恒溫恒容充入He（g），平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應方向移動，故C正確；
D．恒溫恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當于在原來基礎(chǔ)上縮小體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，故D正確，
故答案為：CD；
④由圖象可知平衡時c（CO₂）=0.25mol/L，則c（H₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，
則k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
相同溫度下，如果要使氫氣的平衡濃度為1mol/L，起始時應向容器中充入1mol CO₂和xmolH₂，
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：1         x          0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：

1

3

（x-1）x-1    

1

3

（x-1）

1

3

（x-1）
平衡（mol/L）：1-

1

3

（x-1）1      

1

3

（x-1）

1

3

（x-1）
則有

1 3 ×(x-1)× 1 3 ×(x-1)

1- 1 3 (x-1)

=5.33，
x=3.58，
平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為

1 3 (3.58-1)

1

×100%=86.1%，
故答案為：3.58；86.1%；
（3）電池負極應為二甲醚的氧化反應，在堿性條件下生成CO₃^2-，電極反應式為C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：C₂H₆O+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

點評：本題綜合考查化學平衡以及電化學知識，題目難度較大，注意反應速率的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及化學平衡的計算方法，利用平衡常數(shù)計算為解答該題的關(guān)鍵．