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）在一定条件下将CO₂和H₂转化为甲醇蒸气和水蒸气的相关反应有：

CO₂(g)＋H₂(g)= CO(g)＋H₂O(g)    △H₁＝＋41KJ／mol

CO(g)＋2 H₂(g)= CH₃OH(g)      △H₂＝－90KJ／mol

则由CO₂和H₂转化为甲醇蒸气和水蒸气的热化学方程式为__________________。

（2）在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入2molCO₂、3molH₂，发生反应CO₂（g）＋3H₂（g）=CH₃OH（g）＋H₂O（g）  △H₃<0．测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是__________________。

A．单位时间内有3n molH—H键断裂，同时又有2n mol O—H键断裂

B．混合气体的密度不随时间变化

C．体系中n（CO₂）／n（H₂）＝1∶1，且保持不变

D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

②下列措施能使n（CH₃OH）／n（CO₂）增大的是__________________。

A．升高温度

B．恒温恒容下，再充入2molCO₂、3molH₂

C．使用高效催化剂

D．恒温恒容充入He（g）使体系压强增大

③计算该温度下此反应的平衡常数K＝__________________（保留3位有效数字）；若使K的值变为1，则应采取的措施是__________________。

A．增大压强    B．恒压加入一定量H₂ C．升高温度    D．降低温度

（3）捕捉CO₂可以利用Na₂CO₃溶液。用100mL 0.1mol／LNa₂CO₃溶液完全捕捉0.44gCO₂气体（溶液体积不变），所得溶液中c（HCO₃^－）＋c（CO₃^2－）＋c（H₂CO₃）＝__________________mol／L

（4）被誉为改变未来世界的十大科技之一的燃料电池是一种新型的无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，正以势不可挡之势挤入汽车工业和电力工业．写出甲醇燃料电池碱性电解质(铂为两极.电解液为KOH溶液)的负极电极反应：__________________

Answer

CO2（g）＋3H2（g）=CH3OH（g）＋H2O（g）△H＝－49 kJ/mol C D B 0.198 D 0.2 2 CH3OH － 12e– ＋ 16OH– ＝ 2CO3 2﹣ ＋ 12H2O

【解析】（1） 在一定条件下将CO2 和H2转化为甲醇蒸气和水蒸气的相关反应有： ①CO2(g) +H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+41KJ/mol，②CO(g) +2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90KJ/mol，依据盖斯定律①+②则由CO2和H2转化为甲醇蒸气和水蒸气的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O (g) △H=-49kJ/mol；（2）①A．单位时间内有3n molH-H键断裂，同时有2n mol O-H键断裂，没有指明是水中的O-H键还是甲醇中的O-H键，不能判定平衡，故A不选；B．气体的质量、体积始终不变，混合气体的密度不随时间变化，不能判定平衡，故B不选；C．反应物的起始量不同，体系中n（CO2）/n（H2）=1：1，且保持不变，符合特征“定”，为平衡状态，故C选；D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变，符合特征“定”，为平衡状态，故D选；故选CD；②A、该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故A不选；恒温恒容下，再充入2molCO2、3molH2，相当于体积减小一半，压强增大，平衡正向移动，使n（CH3OH）/n（CO2）增大，故B选；C、使用高效催化剂，平衡不移动，故C不选；D、恒温恒容充入He（g），平衡不移动，故D不选；故选B。③结合起始量及图象可知，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O (g)

开始 1 1.5 0 0

转化 0.25 0.75 0.25 0.25

平衡 0.75 0.75 0.25 0.25

K==≈0.198；若使K的值变为1，应使平衡正向移动，且K与温度有关，该反应为放热反应，则只有降低温度，故选D。（3）100mL0.1mol·L－1Na2CO3的溶液中溶质的物质的量为0.1L×0.1mol·L－1=0.01mol，0.44gCO2CO2的物质的量为=0.01mol，发生反应Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，二者恰好反应生成0.02mol的NaHCO3，由物料守恒可知，c（HCO3－）+c（CO32－）+c（H2CO3）=c（Na＋）==0.2mol·L－1。

（4）在甲醇燃料电池中，负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，电极反应为2CH4O+16OH－-12e－=2CO32－+12H2O。