Question

目前，“低碳經濟”備受關注，CO₂的產生及有效開發(fā)利用成為科學家研究的重要課題．試運用所學知識，解決下列問題：
（1）已知某反應的平衡表達式為：K=

c2(H2)?c(CO2)

c2(H2O)

，它所對應的化學反應為：

 

（2）一定條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個密閉容器中，發(fā)生（1）中反應：其相關數據如表所示：

①T₁℃時，該反應的平衡常數K=

 

②乙容器中，當反應進行到1.5min時，H₂O（g）的物質的量濃度

 

 （填選項字母）．
A．=0.8mol?L^-1    B．=1.4mol?L^-1    C．＜1.4mol?L^-1    D．＞1.4mol?L^-1
③丙容器的容積為1L，T₁℃時，按下列配比充入C（s）、H₂O（g）、CO₂（g）和H₂（g），達到平衡時各氣體的體積分數與甲容器完全相同的是

 

（填選項字母）．
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）將燃煤廢氣中的CO₂轉化為甲醚的反應原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉化率見下表：

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該反應的焓變△H

 

0，熵變△S

 

0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作為燃料電池原料，在堿性介質中該電池負極的電極反應式

 

．若以1.12L?min^-1（標準狀況）的速率向該電池中通入甲醚（沸點為-24.9℃），用該電池電解500mL 2mol?L^-1CuSO₄溶液，通電0.50min后，理論上可析出金屬銅

 

g．

Answer 1

考點：化學平衡常數的含義,原電池和電解池的工作原理,等效平衡

專題：

分析：（1）根據平衡常數的定義判斷反應的方程式；
（2）①利用三段式計算平衡時各組分的物質的量，再根據平衡常數k計算；
②隨反應進行，物質的濃度降低，反應速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，據此解答；
③反應前后氣體的體積發(fā)生變化，恒溫恒容下，改變初始各組分的物質的量，平衡時各氣體的體積分數與甲容器完全相同，則為完全等效平衡，起始時固體的量碳的量減小會影響參加反應水的物質的量，故按化學計量數轉化到左邊，起始濃度相等，故滿足c（H₂O）=2mol/L，且n（C）：n（H₂O）≥1：2；
（3）①依據平衡常數隨溫度變化分析判斷，平衡常數只隨溫度變化，熵變依據反應前后氣體體積變化分析；
②甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負極失電子發(fā)生氧化反應，依據電極書寫方法寫出電極反應；依據二甲醚通入的量計算物質的量，結合電子守恒計算析出銅的質量．

解答： 解：（1）平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，根據元素守恒可推知有碳反應，所以該反應的方程式為C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂ （g），故答案為：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂ （g）；
（2）①由表中數據可知，平衡時氫氣的物質的量為3.2mol，則：
          C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
開始（mol）：2      4        0        0
轉化（mol）：1.6    3.2      1.6      3.2
平衡（mol）：0.4    0.8      1.6      3.2
平衡常數為：K=

c2(H2)?c(CO2)

c2(H2O)

=

1.6 2 ×( 3.2 2 )2

( 0.8 2 )2

=12.8，
故答案為：12.8；
②3min內水蒸氣的濃度變化量=氫氣的濃度變化量的一半=

1.2mol

1L

×

1

2

=0.6mol/L，隨反應進行，物質的濃度降低，反應速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，故反應進行到1.5min時，H₂O（g）的物質的量濃度小于2mol/L-0.6mol/L=1.4mol/L，
故答案為：C；
③反應前后氣體的體積發(fā)生變化，恒溫恒容下，改變初始各組分的物質的量，平衡時各氣體的體積分數與甲容器完全相同，則為完全等效平衡，起始時固體的量碳的量減小會影響參加反應水的物質的量，按化學計量數轉化到左邊，起始濃度相等，故滿足c（H₂O）=

4mol

2L

=2mol/L，且n（C）：n（H₂O）≥1：2，
A．按化學計量數轉化到左邊，CO₂與H₂恰好轉化，則c（H₂O）=2mol/L，n（C）：n（H₂O）=（0.6mol+0.5mol）：（1mol+1mol）=1.1：2≥1：2，故A正確；
B．c（H₂O）=2mol/L，n（C）：n（H₂O）=0.6mol：2mol=0.6：2＜1：2，故B錯誤；
C．按化學計量數轉化到左邊，CO₂與H₂恰好轉化，則c（H₂O）=4mol/L≠2mol/L，故C錯誤；
D．按化學計量數轉化到左邊，CO₂與H₂恰好轉化，則c（H₂O）=2mol/L，n（C）：n（H₂O）=（0.2mol+0.75mol）：（0.5mol+1.5mol）=1：2，故D正確，
故答案為：AD；
（3）①依據圖表數據分析，平衡常數隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H＜0，反應前后是氣體體積減小的反應△S＜0，
故答案為：＜；＜；
②若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負極失電子反應氧化反應，在堿性介質中電池負極的電極反應式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
若以1.12L?min^-1（標準狀況）的速率向該電池中通入二甲醚，用該電池電解500mL 2mol?L^-1 CuS0₄溶液，通電0.50min后，通入二甲醚物質的量=

1.12L/min×0.50min

22.4L/mol

=0.025mol；
依據電極反應電子守恒，CH₃OCH₃～12e^-～6Cu²⁺
n（Cu²⁺）=0.025mol×6=0.15mol
m（Cu）=0.15mol×64g/mol=9.6g
理論上可析出金屬銅的質量9.6g，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；9.6．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數的影響因素判斷，原電池、電解池的電極反應書寫，原理應用和電子守恒計算，題目難度較大．