Question

15．二氧化碳的捕捉和利用是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向．
（1）．用活性炭還原法可以處理汽車(chē)尾氣中的氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H，在T₁℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的量濃度如表：

時(shí)間/min 濃度/（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	2.0	1.16	0.80	0.80	0.96	0.96
N2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72
CO2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72

①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析T₁℃時(shí)，該反應(yīng)在0-20min的平均反應(yīng)速率
v（N₂）=0.03mol•L^-1•min^-1；計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.5625．
②30min后，只改變某一條件，根據(jù)上表的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是BC（填字母代號(hào)）．
A．加入合適的催化劑      B．適當(dāng)縮小容器的體積
C．通入一定量的NO       D．加入一定量的活性炭
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率降低（填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）工業(yè)上用CO₂和H₂反應(yīng)合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
寫(xiě)出CO₂（g）和H₂（g）轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7kJ•mol^-1．
（3）二甲醚燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、電量大的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，一種二甲醚氧氣電池（電解質(zhì)為KOH溶液）的負(fù)極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）①由表格數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)到平衡狀態(tài)，則
     C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
開(kāi)始               2.0          0              0
轉(zhuǎn)化                1.2        0.6            0.6
平衡                0.8        0.6             0.6
結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$、結(jié)合平衡濃度計(jì)算K；
②30min后，反應(yīng)物、生成物的濃度均增大；
③由20min平衡時(shí)NO、N₂、CO₂的濃度之比為4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，可知升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律可知，①×2+②得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）；
（3）二甲醚氧氣電池（電解質(zhì)為KOH溶液），正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子，負(fù)極上CH₃OCH₃失去電子生成碳酸根離子．

解答 解：（1）（1）①由表格數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)到平衡狀態(tài)，則
     C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
開(kāi)始               2.0          0              0
轉(zhuǎn)化                1.2        0.6            0.6
平衡                0.8        0.6             0.6
該反應(yīng)在0-20min的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=0.03mol•L^-1•min^-1；
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0.6×0.6}{0．{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$=0.5625；
故答案為：0.03；0.5625；
②A．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，與圖象不符，故A不選；      
B．適當(dāng)縮小容器的體積，平衡不移動(dòng)，但濃度均增大，與圖象符合，故B選；
C．通入一定量的NO，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物、生成物濃度均增大，與圖象符合，故C選；       
D．加入一定量的活性炭，平衡不移動(dòng)，與圖象不符，故D不選；
故答案為：BC；
③由20min平衡時(shí)NO、N₂、CO₂的濃度之比為4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，可知升高溫度平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率降低，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：降低；＜；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律可知，①×2+②得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），△H=（-49.1kJ•mol^-1）×2+（-24.5kJ•mol^-1）=-122.7 kJ•mol^-1，
即熱化學(xué)方程式為2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；
（3）二甲醚氧氣電池（電解質(zhì)為KOH溶液），負(fù)極上CH₃OCH₃失去電子生成碳酸根離子，負(fù)極反應(yīng)是為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，涉及平衡三段法、K的計(jì)算、蓋斯定律及電極反應(yīng)等，把握速率、K的計(jì)算及平衡移動(dòng)的影響、蓋斯定律應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度不大．