Question

二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

（1）用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂（g）ΔH,在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下：

①根据图表数据分析T₁℃时，该反应在0-20min的平均反应速率v（N₂）=________mol/（L•min）；计算该反应的平衡常数K=___________。

②30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是________（填字母代号）。

A．加入合适的催化剂

B．适当缩小容器的体积

C．通入一定量的NO

D．加入一定量的活性炭

③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5:3:3，则达到新平衡时NO的转化率________（填“升高”或“降低”），ΔH________0（填“>”或“<”）.

（2）工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚。已知：

CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁＝-49.1kJ/mol

2CH₃OH（g）CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂＝-24.5kJ/mol

写出CO₂（g）和H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式__________________。

（3）二甲醚燃料电池具有能量转化率高、电量大的特点而被广泛应用，一种二甲醚氧气电池（电解质为KOH溶液）的负极反应式为：__________________

Answer

（1）①0.03；0.56；②BC；③降低；＜；

（2）CO2（g）+3H2（g） CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H=-122.7 kJ/mol；

（3）CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

【解析】

试题分析：（1）①0～20min内，CO2的平均反应速率v（N2）==0.03mol•L-1•min-1；C（s）+2NO（g）⇌N2（g）+CO2（g），平衡浓度c（N2）=0.3mol/L；c（CO2）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反应的平衡常数K===0.56；故答案为：0.03；0.56；

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）⇌N2（g）+CO2（g），依据图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，依据平衡常数计算K===0.56，平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮；A．加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡，故A错误；B．适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡状态物质浓度增大，故B正确；C．通入一定量的NO，新平衡状态下物质平衡浓度增大，故C正确；D．加入一定量的活性炭，碳是固体对平衡无影响，平衡不动，故D错误；故答案为：BC；

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比从为5：3：3，氮气和二氧化碳难度之比始终为1：1，所以5：3＞4：3，说明平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时NO的转化率，说明逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应；故答案为：降低；＜；

（2）已知：①CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）△H1＝-49.1kJ/mol，②2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g） △H2＝-24.5kJ/mol，根据盖斯定律，将①×2+②得，CO2（g）+3H2（g） CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H=（-49.1kJ/mol）×2+（-24.5kJ/mol）=-122.7 kJ/mol，故答案为：CO2（g）+3H2（g） CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H=-122.7 kJ/mol；

（3）二甲醚氧气电池（电解质为KOH溶液）中负极二甲醚失去电子生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O，故答案为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、原电池原理的应用、影响平衡移动的因素、平衡常数的有关计算

【名师点晴】本题考查了盖斯定律的应用、原电池原理的应用、影响平衡移动的因素、平衡常数的有关计算等，综合性较强，侧重分析及计算能力的考查，把握化学平衡常数的有关计算以及原电池原理、电极反应为解答的关键。要掌握燃料电池电极反应式的书写的方法：复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式。如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2＝CO2＋2H2O 总反应式①，2O2＋8H＋＋8e－＝4H2O 正极反应式②，①－②得：CH4＋2H2O－8e－＝CO2＋8H＋ 负极反应式。