Question

联合国气候变化大会于2009年12月7-18日在哥本哈根召开．中国政府承诺，到2020
年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%．
（1）有效“减碳”的手段之一是节能．下列制氢方法最节能的是______．（填字母序号）
A．电解水制氢：2H₂O2H₂↑+O₂↑    B．高温使水分解制氢：2H₂O2H₂↑+O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O2H₂↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂OCO+3H₂
（2）CO₂可转化成有机物实现碳循环．在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①从3min到10min，v（H₂）=______mol/．
②能说明上述反应达到平衡状态的是______（选填编号）．
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
③下列措施中能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大的是______（选填编号）．
A．升高温度B．恒温恒容充入He（g）
C．将H₂O（g）从体系中分离    D．恒温恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂
④相同温度下，如果要使氢气的平衡浓度为1mol/L，则起始时应向容器中充入1mol CO₂和______mol H₂，平衡时CO₂的转化率为______．
（参考数据：=2.64；=21.166．计算结果请保留3位有效数字．）
（3）CO₂加氢合成DME（二甲醚）是解决能源危机的研究方向之一．
2CO₂（g）+6H₂（g）→CH₃OCH₃（g）+3H₂O．有人设想利用二甲醚制作燃料电池，
以KOH溶液做电解质溶液，试写出该电池工作时负极反应的电极反应方程式______．

Answer

（1）最节能的方法是利用太阳能；
（2）①根据图象计算v（CO2），根据反应速率之比等于化学计量数之比计算；
②当达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，以此判断；
③能使n （CH3OH）/n （CO2）增大，应使平衡向正反应方向移动；
④根据图象计算各物质的平衡浓度，进而计算平衡常数，根据平衡常数计算；
（3）电池负极应为二甲醚的氧化反应．
【解析】
（1）太阳光是取之不尽用之不竭的能源，利用太阳能制备氢气应为最节能的方法，故答案为：C；
（2）①v（CO2）=，则v（H2）=3v（CO2）=3×=0.11mol/（L•min），
故答案为：0.11；
②A．由图可知反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1：1时，并未达到平衡状态，故A错误；
B．因气体的质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，都存在混合气体的密度不随时间的变化而变化，不能判断是否达到平衡状态，故B错误；
C．无论是否达到平衡状态，都存在单位时间内每消耗3molH2，同时生成1molH2O，故C错误；
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变，说明达到平衡状态，故D正确．
故答案为：D；
③A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则比值减小，故A错误；
B．恒温恒容充入He（g），平衡不移动，故B错误；
C．将H2O（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，故C正确；
D．恒温恒容再充入1mol CO2和3mol H2，相当于在原来基础上缩小体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，故D正确，
故答案为：CD；
④由图象可知平衡时c（CO2）=0.25mol/L，则c（H2）=0.25mol/L，c（CH3OH）=0.75mol/L，c（H2O）=0.75mol/L，
则k==5.33，
相同温度下，如果要使氢气的平衡浓度为1mol/L，起始时应向容器中充入1mol CO2和xmolH2，
               CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）
起始（mol/L）：1         x          0        0
转化（mol/L）：（x-1）x-1     （x-1）（x-1）
平衡（mol/L）：1-（x-1）1      （x-1）（x-1）
则有=5.33，
x=3.58，
平衡时CO2的转化率为=86.1%，
故答案为：3.58；86.1%；
（3）电池负极应为二甲醚的氧化反应，在碱性条件下生成CO32-，电极反应式为C2H6O+16OH--12e-═2CO32-+11H2O，
故答案为：C2H6O+16OH--12e-═2CO32-+11H2O．