Question

2．發(fā)展?jié)崈裘杭夹g、利用CO₂制備清潔能源等都是實現(xiàn)減碳排放的重要途徑．
（1）將煤轉(zhuǎn)化成水煤氣的反應：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）可有效提高能源利用率，若在上述反應體系中加入催化劑（其他條件保持不變），此反應的△H不變（填“增大”、“減小”或“不變”），判斷的理由是加入催化劑后反應物和生成物的總能量不變．
（2）CO₂制備甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，測得CO₂（g） 和CH₃OH（g） 濃度隨時間變化如圖1所示．

①該反應化學平衡常數(shù)K的表達式是$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②0～9min時間內(nèi)，該反應的平均反應速率ν（H₂）=0.25mol/L•min．
③在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時，此反應達平衡時放出的熱量（Q）可能是c（填字母序號）kJ．
a.0＜Q＜29.5    b.29.5＜Q＜36.75    c.36.75＜Q＜49     d.49＜Q＜98
④在一定條件下，體系中CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與L和X的關系如圖2所示，L和X 分別表示溫度或壓強．
i．X表示的物理量是溫度．
ii．判斷L₁與L₂的大小關系，并簡述理由：L₁＞L₂．溫度一定時，增大壓強，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率增大．
（3）利用銅基催化劑光照條件下由CO₂和H₂O制備CH₃OH的裝置示意圖如圖3所示，該裝置工作時H⁺移向a極（填“a”或“b”），陰極的電極反應式是CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 （1）催化劑改變反應速率不改變化學平衡；
（2）①平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
②圖象讀取甲醇生成濃度，結(jié)合反應速率概念計算甲醇的反應速率，依據(jù)反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比得到氫氣反應速率；
③反應焓變是指1mol二氧化碳和3mol氫氣完全反應放出的熱量為49KJ，反應是可逆反應，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，反應放熱一定小于49KJ，結(jié)合圖象中二氧化碳轉(zhuǎn)化率計算此時達到平衡放出的熱量，在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時，壓強增大，平衡正向進行，反應放出熱量會增多；
④反應是氣體體積減小的放熱反應，升溫平衡逆向進行，增大壓強平衡正向進行，據(jù)此分析圖象確定表示的物理量；
（3）電解池中，陽離子移向陰極，該裝置工作時陰極發(fā)生還原反應，電極反應式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

解答 解：（1）將煤轉(zhuǎn)化成水煤氣的反應：C（s）+H₂O?CO₂（g）+H₂（g）可有效提高能源利用率，若在上述反應體系中加入催化劑（其他條件保持不變），催化劑改變反應速率不改變化學平衡，不改變反應焓變，此反應的△H不變，加入催化劑后反應物和生成物的總能量不變
故答案為：不變；加入催化劑后反應物和生成物的總能量不變；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應的平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②圖象讀取甲醇生成濃度，結(jié)合反應速率概念計算甲醇的反應速率=$\frac{0.75mol/L}{9min}$，反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，V（H₂）=3V（CH₃OH（g）=3×$\frac{0.75mol/L}{9min}$=0.25mol/L•min，
故答案為：0.25mol/L•min；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應達到平衡狀態(tài)消耗二氧化碳物質(zhì)的量濃度=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，物質(zhì)的量為0.75mol，反應放出熱量=49KJ/mol×0.75mol=36.75KJ，反應焓變是指1mol二氧化碳和3mol氫氣完全反應放出的熱量為49KJ，反應是可逆反應，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，反應放熱一定小于49KJ，在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時，壓強增大，平衡正向進行，反應放出熱量會增多，大于36.75KJ，則36.75＜Q＜49，
故答案為：c；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應是氣體體積減小的放熱反應，
i．溫度升高，平衡逆向進行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，所以X為溫度，L為壓強，
故答案為：溫度；
ii．溫度一定壓強增大平衡正向進行二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，所以L₁＞L₂，
故答案為：L₁＞L₂，溫度一定時，增大壓強，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率增大
（3）電解池中，該裝置工作時H⁺移向陰極（a），該裝置工作時陰極發(fā)生還原反應，電極反應式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：a；CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

點評 本題考查了化學反應速率計算、平衡影響因素分析、平衡常數(shù)表示式、圖象的理解應用，主要是化學平衡移動原理的分析判斷，題目難度中等．