Question

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

（1）已知拆开1 mol H₂、1 mol O₂和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ；CH₃OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol^－1。则CO₂(g)＋3H₂(g)＝CH₃OH(g)＋H₂O(l)  ∆H＝___________kJ·mol^－1

（2）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)＋ 6H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(l)

① 该反应平衡常数表达式K＝_______________。

② 已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示，该反应的∆H________0 (填“＞”或“＜”)。

若温度不变，减小反应投料比[n(H₂)/n(CO₂)]，则K将_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

      

③某温度下，向体积一定的密闭容器中通入CO₂(g)与H₂(g)发生上述反应，当下列物理量不再发生变化时，能证明上述可逆反应达到平衡的量是__________。

A．二氧化碳的浓度                B．容器中的压强

C．气体的密度                   D．CH₃OCH₃与H₂O的物质的量之比

（3）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示：

请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象：______________，当燃料电池消耗2.8L O₂(标准状况下)时，计算此时NaCl溶液的pH=________(假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出)。

Answer

－93 c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)] ＜ 不变 ABC Y电极附近溶液中有气体产生，上部分呈黄绿色 14

【解析】(1)已知拆开1 mol H2、1 mol O2和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ，依此可写出H2燃烧生成液态水的热化学方程式为①2H2(g)＋O2(g)= 2H2O(l) △H=－480kJ·mol－1；由CH3OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol－1，可得CH3OH(g)燃烧的热化学方程式为②CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－627kJ·mol－1，由盖斯定律可进行①×3/2—②，即得CO2(g)＋3H2(g)＝CH3OH(g)＋H2O(l) ∆H＝－93 kJ·mol－1；

(2)①根据平衡常数的表达式定义可得，反应2CO2(g)＋ 6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(l)的平衡常数表达式K＝c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)]；②根据图象分析，温度越高，CO2的转化率越低，说明升高温度，平衡向左移动，则该反应为放热反应，即∆H＜ 0；若温度不变，减小反应投料比[n(H2)/n(CO2)]，CO2的转化率减小，说明平衡向左移动，但平衡常数K是不变的，因为平衡常数K只随温度的改变而变化；③根据化学平衡状态的特征，分析如下：A、当c(CO2)不变时，说明反应已达平衡，则A正确；B、在体积一定的密闭容器中，该反应前后气体体积不相等，所以当压强不变时，说明反应已达平衡，故B正确；C、根据ρ=m/V，在体积一定的密闭容器中，V不变，但生成物水是液体，所以气体的总质量m会变化，导致密度ρ的改变，故当密度ρ不变时，说明反应已达平衡，即C正确；D、这是从反应物CO2(g)与H2(g)开始进行的反应，所以生成物CH3OCH3与H2O的物质的量之比始终都是1:3，是不变的，故CH3OCH3与H2O的物质的量之比不变时，不能说明反应已达平衡，即D错误。故正确答案为ABC；

(3)由装置图可知，Y电极与电源正极相连，即为阳极，电解NaCl溶液的阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，所以可观察到的现象为电极上有气泡产生，上部气体呈黄绿色；当燃料电池消耗2.8L O2(标准状况下)时，电路中转移的电子n(e- )==0.5mol,根据电子转移守恒，结合电解NaCl溶液的反应方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑,可得此时溶液中生成n(OH-)=0.5mol，c(OH-)=0.5mol/0.5L=1.0mol/L，所以溶液的pH=14。