Question

（14分）目前“低碳经济”备受关注。CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试利用所学知识，解决下列问题。

目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题．试运用所学知识，解决下列问题：

（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：_________________

（2）一定条件下，将C（s）和H₂O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需的时间/min
C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=

②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度   （填选项字母）．

A．=0.8mol•L^﹣1          B．=1.4mol•L^﹣1   

C．＜1.4mol•L^﹣1          D．＞1.4mol•L^﹣1

③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C（s）、H₂O（g）、CO₂（g）和H₂（g），达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是 （填选项字母）．

A.0.6mol、1.0mol、0.5mol、1.0mol   

B.0.6mol、2.0mol、0mol、0mol

C.1.0mol、2.0mol、1.0mol、2.0mol   

D.0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol

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

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H 0，熵变△S 0（填＞、＜或=）．

②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式 ．若以1.12L•min^﹣1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为﹣24.9℃），用该电池电解500mL 2mol•L^﹣1 CuSO₄溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜 g．

Answer

【解析】

试题分析：(1)根据化学平衡常数的定义，固体不能写出平衡常数表达式，化学反应元素守恒和原子个数守恒，根据题（2），此反应：C(s)+2H2O(g)2H2(g)＋CO2(g)；(2)

C(s)+2H2O(g)2H2(g)＋CO2(g)

起始量（mol) 4 0 0

变化的量（mol) 3.2 3.2 1.6

平衡的量（mol) 0.8 3.2 1.6

①达到平衡时c(H2)=3.2/2mol·L－1=1.6mol·L－1，c(CO2)=1.6/2mol·L－1=0.8mol·L－1，c(H2O)=0.8/2mol·L－1=0.4mol·L－1，平衡常数K=1.62×0.8/0.42=12.8；②乙容器中达到化学平衡时，v(H2)=1.2/(1×3)=0.4mol/(L·min)，根据速率之比等于系数之比，v(H2O)=v(H2)=0.4mol/(L·min)，反应1.5min时，H2O的物质的量浓度=（2/1－0.4×1.5）mol/L =1.4mol/L ，反应速率随浓度的降低而降低，0～15min反应速率大于0.4mol/(L·min)，剩下H2O的浓度应小于1.4mol·L－1，选项C正确；③与甲容器达到化学平衡时各组分的体积分数相等，说明是等效平衡，起始时碳的量会影响参加反应水的量，按方程式系数转化到同一半边，起始浓度相等，且n(C):n（H2O）≥1:2

C(s) + 2H2O(g)2H2(g) ＋ CO2(g)

原平衡投入量（mol·L－1)： 2 0 0

A投入量： 0.6 (1.1) 1.0 (2) 1 （0） 0.5(0) 符合

B投入量： 0.6 2.0 0 0 n(C):n(H2O)﹤1:2不符合

C投入量： 1.0(2) 2(4) 2（0） 1（0） 不符合

D投入量： 0.25(1) 0.5(2) 1.5(0) 0.75(0) 符合

选项AD正确；(3)①同一投料比下，CO2的转化率随温度的升高的而降低，说明反应向逆反应方向进行的，根据勒夏特列原理，升高温度平衡向吸热反应方向进行，即反应的正方向是放热反应△H<0，反应前的气体系数之和大于反应后的，熵变△S<0；②甲醚做燃料，根据原电池的工作原理，燃料在负极上反应化合价升高，燃料电池相当于燃料燃烧，但是电解质是碱性的，CO2转变成CO32－，反应式：CH3OCH3－12e－=16OH－=2CO32－＋11H2O，甲醚失去的电子等于铜得到的电子数，（1.12×0.5/22.4)×12=2×n(Cu),n(Cu)=0.15mol,m((Cu)=9.6g。

考点：考查化学平衡常数、影响化学反应速率因素、等效平衡及电极反应式的书写等知识。