Question

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。

（1）写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O的热化学方程式                     。

已知：  ① CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)    ΔH＝－41kJ·mol^－1

② C(s)+2H₂(g)CH₄(g)            ΔH＝－73kJ·mol^－1

③ 2CO(g)C(s)+CO₂(g)           ΔH＝－171kJ·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(g)。已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比[n(H₂) / n(CO₂)]的变化曲线如下左图：

①在其他条件不变时，请在上图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n(H₂) / n(CO₂)]变化的曲线图。

②某温度下，将2.0molCO₂(g)和6.0molH₂(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OCH₃(g)的物质的量分数变化情况如图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是             ；

A. P₃＞P₂，T₃＞T₂         B. P₁＞P₃，T₁＞T₃    C. P₂＞P₄，T₄＞T₂         D. P₁＞P₄，T₂＞T₃

③在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢 气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是       ；

A. 正反应速率先增大后减小

B. 逆反应速率先增大后减小

C. 化学平衡常数K值增大

D. 反应物的体积百分含量增大

E. 混合气体的密度减小

F. 氢气的转化率减小

（3）最近科学家再次提出“绿色化学”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO₂转变为可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式__                              。以此燃料电池作为外接电源按图所示电解硫酸铜溶液，如果起始时盛有1000mL pH＝5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是                      ；若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入       （填物质名称），其质量约为    g。

Answer

（1）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－162kJ·mol－1 （2分）

(2) ①画图（见图）（2分）

②BD （2分） ③ B （2分）

（3）CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ （2分）石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅（3分，按3个现象给分），氧化铜（或碳酸铜）（1分），4g（或6.2g）（1分）

【解析】

试题分析：（1）已知：① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH＝－41kJ·mol－1、② C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH＝－73kJ·mol－1、③ 2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知，③－①×2+②即得到CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式O2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－162kJ·mol－1。

（2）①根据图像可知CO2的平衡转化率在温度一定的条件下随投料比的增大而增大。根据方程式可知投料比＝3时生成物的含量最高，所以虽然CO2的平衡转化率在温度一定的条件下随投料比的增大而增大，但二甲醚的体积分数只有在投料比＝3时最大，所以图像可以表示为见答案。

②对于反应：2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)，增大压强，平衡向正反应方向移动，则二甲醚的物质的量分数越大；升高温度二氧化碳的转化率降低，说明正方应是放热反应，即升高温度平衡向逆反应方向移动，二甲醚的物质的量分数越小，所以P1＞P2＞P3＞P4，T1＞T2＞T3＞T4，答案选BD。

③A.正反应速率先增大后减小，说明反应向正反应方向移动，A不正确；B. 逆反应速率先增大后减小，说明反应向逆反应方向移动，B正确；C.化学平衡常数K值增大说明平衡向正反应方向移动，C不正确；D. 反应物的体积百分含量增大说明反应向正反应方向移动，D不正确；E. 密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此混合气体的密度始终不变，E不正确； F. 氢气的转化率减小，但平衡不一定向逆反应方向移动，例如通入氢气，氢气的转化率也较低，F不正确，答案选B。

（3）原电池中负极失去电子发生氧化反应，则以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池中甲醇在负极通入，负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；根据装置图可知，石墨是阳极，溶液中的OH－放电放出氧气。铁是正极，溶液中的铜离子放电析出铜，所以实验现象是石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅；电解产物是氧气、铜和稀硫酸，所以若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入氧化铜或碳酸铜。溶液中氢离子的物质的量是0.1mol/L×1L＝0.1mol，则根据方程式2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑可知，需要氧化铜的物质的量是0.1mol÷2＝0.05mol，质量是0.05mol×80g/mol＝4.0g。而碳酸铜的质量则是0.05mol×124/mol＝6.2g。

考点：考查热化学方程式的书写、外界条件对平衡状态的判断、电化学原理的应用与计算