Question

（14分）目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试运用所学知识，解决下列问题：

（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：                。

（2）—定条件下，将C（s)和H₂O（g)分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
C（s)	H2O（g)	H2（g)
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=

②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g)的物质的量浓度      （填选项字母）。

A.=0.8 mol·L^-1     B.=1.4 mol·L^-1   

C.<1.4 mol·L^-1    D.>1.4 mol·L^-1

③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C（s)、H₂O（g)、CO₂（g)和H₂（g)， 达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是               （填选项字母）。

A.0.6 mol 1.0 mol 0.5 mol 1.0 mol

B.0.6 mol 2.0 mol 0 mol 0 mol

C.1.0 mol 2.0 mol 1.0 mol 2.0 mol

D.0.25 mol 0.5 mol 0.75 mol 1.5 mol

（3）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：

2CO₂（g) + 6H₂（g)CH₃OCH₃（g) + 3H₂O（g)

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n（H2) / n（CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H      0，熵变△S    0（填＞、＜或＝）。

②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式          。

若以1.12 L·min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜         g。

Answer

（14分）

（1）C（s)+2H2OCO2（g)+2H2（g) （2分)

（2）①12.8 （2分) ②C （2分) ③AD （2分)

（3）①< （1分) ； < （1分)

②CH3OCH3－12e－+16OH－＝2CO32－+11H2O （2分) ； 9.6 （2分)

【解析】

试题分析：（1）根据平衡常数的定义可知，水为反应物，系数是2，二氧化碳和氢气为生成物，氢气的系数是2，二氧化碳的系数是1，根据质量守恒定律可知，反应物中有C固体参加，所以该反应为C（s)+2H2OCO2（g)+2H2（g)；

（2）①T1℃时，达到平衡时氢气的浓度为3.2mol/2L=1.6mol/L，则二氧化碳的浓度为1.6mol/L/2=0.8mol/L，消耗水蒸气的浓度是1.6mol/L，则平衡时水蒸气的浓度是4mol/2L-1.6mol/L=0.4mol/L，则平衡常数=（1.62×0.8)/0.42=12.8；

②乙容器中氢气的平衡浓度为1.2mol/L，消耗水蒸气的浓度是1.2mol/L，水蒸气的起始浓度是2mol/L，平衡浓度为0.8mol/L，达到平衡的时间为3min，反应开始时的反应速率较大，所以前1.5min时，消耗水蒸气的浓度大于后1.5min，即前1.5min时水蒸气的消耗浓度大于0.6mol/L，则在1.5min时水蒸气的浓度应小于2-0.6=1.4mol/L，同时大于0.8mol/L，则答案选C；

③甲容器中水蒸气的起始浓度为2mol/L，丙容器中水蒸气的浓度为2mol/L，且碳固体的量相当，则与甲达到的平衡是等效平衡，各气体的体积分数与甲相同。A、将二氧化碳与氢气转化为反应物，则C为1.1mol，水蒸气为2mol，水蒸气的浓度为2mol/L，与甲完全相同，碳固体的量增加不影响平衡，所以与甲是等效平衡，正确；B、水蒸气的浓度是2mol/L，但碳固体的量太少，即使全部转化为二氧化碳和氢气，氢气的浓度最大为1.2mol/L，小于甲中的氢气浓度1.6mol/L，所以不可能是等效平衡，错误；C、将二氧化碳与氢气转化为反应物，则水蒸气的浓度为4mol/L，大于甲中水蒸气的浓度，不可能是等效平衡，错误；D、将二氧化碳与氢气转化为反应物，则水蒸气的浓度为2mol/L，碳固体的物质的量是1mol，与甲相当，所以是等效平衡，正确，答案选AD；

（3）①投料比固定时，随温度升高，二氧化碳的转化率降低，说明温度升高，平衡逆向移动，则正反应是放热反应，△H<0，该反应中气体的物质的量减小，所以△S<0；

②用甲醚作燃料电池，则甲醚发生氧化反应，在碱性电解质溶液中，甲醚失去电子，与氢氧根离子结合为碳酸根离子和水，电极反应式为CH3OCH3－12e－+16OH－＝2CO32－+11H2O；用该电池电解硫酸铜溶液，则铜离子得到电子生成Cu，电极反应式是Cu2++2e-=Cu，以1.12 L·min-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），通电0.50 min后，则通入甲醚的物质的量是1.12 L·min-1×0.50min/22.4L/mol=0.025mol，转移电子的物质的量是0.025mol×12=0.3mol，根据得失电子守恒，则生成Cu的质量是0.3mol/2×64g/mol=9.6g。

考点：考查化学平衡知识的应用，平衡常数的计算，等效平衡的判断，电化学反应原理的应用