Question

二氧化碳是潜在的碳资源，无论是天然的二氧化碳气藏，还是各种炉气、尾气、副产气，进行分离回收和提浓，合理利用，意义重大。

(1)在空间站中常利用CO₂(g)+2H₂(g)C(s)+2H₂O(g)，再电解水实现O₂的循环利用，350℃时，向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH₂和4molCO₂发生以上反应。

①若反应起始和平衡时温度相同(均为350℃)，测得反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图中a所示，则上述反应的△H___________0(填“>”或“<”)；其他条件相同时，若仅改变某一条件，测得其压强(p)随时间(t)的变化如图中曲线b所示，则改变的条件是___________。

②图是反应平衡常数的对数与温度的变化关系图，m的值为___________。

(2)CO₂在 Cu-ZnO催化下，同时发生如下反应I，II，是解决温室效应和能源短缺的重要手段。

Ⅰ.CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH (g)+H₂O(g)    △H₁<0

Ⅱ.CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+ H₂O(g)    △H₂>0

保持温度T时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO₂及H₂，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量及总压强如下表：

若反应I、II均达平衡时，p₀=1.4p，则表中n=__________；反应1的平衡常数K_p=____ (kPa)^－2。(用含p的式子表示)

(3)Al-CO₂电池是一种以低温熔融盐[Al₂(CO₃)₃]为电解质，以完全非碳的钯Pd包覆纳米多孔金属为催化剂正极的可充电电池。正极反应为：3CO₂+4e^－=2CO₃^2－+C，则生成Al的反应发生在___________极(填“阳”或“阴”)，该电池充电时反应的化学方程式为___________。

Answer

< 加入催化剂 0 0.2 阴 2Al2（CO3）3+3C4Al+9CO2

【解析】

(1)①根据PV=nRT判断；观察起点终点的变化确定改变的条件；

②列三段式进行计算；

(2)根据表格找到各物质平衡时的物质的量，在计算平衡常数；

(3)负极：升失氧，正极：降得还，充电时正接正，负接负。

(1①根据PV=nRT，此反应V一定，正反应n在减小，图像显示压强在增大，确定温度在升高，所以正反应为放热反应，△H<0；根据图像分析发现b线相对于a线不同点只是速率加快，达到平衡时间缩短，确定改变的条件是催化剂；

答案：< 加入催化剂

②列三段式：

CO2(g)+ 2H2(g)C(s)+2H2O(g)

c（初） 2 4 0

△c x 2x 2x

c（平）2-x 4-2x 2x

(2-x+4-2x+2x)/(2+4)=5/6

x=1

K==1,lgK=lg1=0

答案：0

(2)根据表格列出各物质物质的量变化：

Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH (g)+H2O(g) △H1<0

△n n 3n n n

Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H2>0

△n 0.3-n 0.3-n 0.3-n 0.3-n

平衡时各物质的量为：CO2(g)：0.5-n-0.3+n=0.2mol H2(g):0.9-3n-0.3+n=0.6-2n

CH3OH (g):n H2O(g):0.3 CO(g):0.3-n

根据T、V一定时，压强比等于物质的量之比计算n

==1.4,计算得出n=0.2；

平衡后物质的总量：0.2+0.6-2×0.2+0.2+0.3+0.3-0.2=1.0mol

平衡后各物质分压： CO2(g):（0.2/1）P=0.2P H2(g) :(0.2/1)P=0.2P CH3OH (g):(0.2/1)P=0.2P H2O(g):(0.3/1)P=0.3P

Kp==

答案：0.2

(3)因为放电时Al-3e-=Al3+，则充电时应该是Al3++3e-=Al，得电子为阴极反应；充电时总反应方程式为放电时的逆反应；

答案：阴 2Al2（CO3）3+3C4Al+9CO2