Question

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）—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：其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/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      （填字母）。

A．=0.8 mol·L^-1      B．=1.4 mol·L^-1       C．<1.4 mol·L^-1      D．>1.4 mol·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         （填字母）。

A．0.6 mol 1.0 mol 0.5 mol 1.0 mol

B．0.6 mol 2.0 mol 0 mol 0 mol

C．1.0 mol 2.0 mol 1.0 mol 2.0 mol

D．0.25 mol 0.5 mol 0.75 mol 1.5 mol

（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[n（H2) / n（CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
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1.12 L·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500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜         g。

Answer

（14分）

（1）C（s)+2H2OCO2（g)+2H2（g) （2分)

（2）①12.8 （2分) ②C （2分) ③AD （2分)

（3）①< （1分) ； < （1分)

②CH3OCH3－12e－+16OH－＝2CO32－+11H2O （2分) ； 9.6 （2分)

【解析】

试题分析：（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，根据元素守恒可推知有碳反应，所以该反应的方程式为C（s）+2H2O（g）CO2（g）+2H2 （g），故答案为：C（s）+2H2O（g）CO2（g）+2H2 （g）；

（2）①由表中数据可知，平衡时氢气的物质的量为3.2mol，则：

C（s）+2H2O（g）CO2（g）+2H2（g）

开始（mol）： 2 4 0 0

转化（mol）： 1.6 3.2 1.6 3.2

平衡（mol）： 0.4 0.8 1.6 3.2

平衡常数为：K===12.8，故答案为：12.8；

②3min内水蒸气的浓度变化量=氢气的浓度变化量的一半=×=0.6mol/L，随反应进行，物质的浓度降低，反应速率较短，故前1.5min水的浓度变化量大于后1.5min水的浓度变化量，故反应进行到1.5min时，H2O（g）的物质的量浓度小于2mol/L-0.6mol/L=1.4mol/L，故答案为：C；

③反应前后气体的体积发生变化，恒温恒容下，改变初始各组分的物质的量，平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同，则为完全等效平衡，起始时固体的量碳的量减小会影响参加反应水的物质的量，按化学计量数转化到左边，起始浓度相等，故满足c（H2O）==2mol/L，且n（C）：n（H2O）≥1：2。A、按化学计量数转化到左边，CO2与H2恰好转化，则c（H2O）=2mol/L，n（C）：n（H2O）=（0.6mol+0.5mol）：（1mol+1mol）=1.1：2≥1：2，故A正确；B、c（H2O）=2mol/L，n（C）：n（H2O）=0.6mol：2mol=0.6：2＜1：2，故B错误；C、按化学计量数转化到左边，CO2与H2恰好转化，则c（H2O）=4mol/L≠2mol/L，故C错误；D、按化学计量数转化到左边，CO2与H2恰好转化，则c（H2O）=2mol/L，n（C）：n（H2O）=（0.2mol+0.75mol）：（0.5mol+1.5mol）=1：2，故D正确，故答案为：AD；

（3）①依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，反应前后是气体体积减小的反应△S＜0，故答案为：＜；＜；

②若用甲醚作为燃料电池的原料，甲醚在负极失电子反应氧化反应，在碱性介质中电池负极的电极反应式：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；若以1.12L•min-1（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL 2mol•L-1 CuSO4溶液，通电0.50min后，通入二甲醚物质的量==0.025mol；依据电极反应电子守恒，CH3OCH3～12e-～6Cu2+，n（Cu2+）=0.025mol×6=0.15mol，m（Cu）=0.15mol×64g/mol=9.6g，理论上可析出金属铜的质量9.6g，故答案为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；9.6。

考点：考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数的影响因素判断，原电池、电解池的电极反应书写，原理应用的相关知识。