Question

15．二氧化碳的捕捉和利用是我國能源領域的一個重要戰(zhàn)略方向．
（1）．用活性炭還原法可以處理汽車尾氣中的氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H，在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的量濃度如表：

時間/min 濃度/（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	2.0	1.16	0.80	0.80	0.96	0.96
N2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72
CO2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72

①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析T₁℃時，該反應在0-20min的平均反應速率
v（N₂）=0.03mol•L^-1•min^-1；計算該反應的平衡常數(shù)K=0.5625．
②30min后，只改變某一條件，根據(jù)上表的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是BC（填字母代號）．
A．加入合適的催化劑      B．適當縮小容器的體積
C．通入一定量的NO       D．加入一定量的活性炭
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則達到新平衡時NO的轉化率降低（填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）工業(yè)上用CO₂和H₂反應合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
寫出CO₂（g）和H₂（g）轉化為CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的熱化學方程式2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7kJ•mol^-1．
（3）二甲醚燃料電池具有能量轉化率高、電量大的特點而被廣泛應用，一種二甲醚氧氣電池（電解質為KOH溶液）的負極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）①由表格數(shù)據(jù)可知，20min達到平衡狀態(tài)，則
     C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
開始               2.0          0              0
轉化                1.2        0.6            0.6
平衡                0.8        0.6             0.6
結合v=$\frac{△c}{△t}$、結合平衡濃度計算K；
②30min后，反應物、生成物的濃度均增大；
③由20min平衡時NO、N₂、CO₂的濃度之比為4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，可知升高溫度平衡逆向移動；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
結合蓋斯定律可知，①×2+②得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）；
（3）二甲醚氧氣電池（電解質為KOH溶液），正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子，負極上CH₃OCH₃失去電子生成碳酸根離子．

解答 解：（1）（1）①由表格數(shù)據(jù)可知，20min達到平衡狀態(tài)，則
     C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
開始               2.0          0              0
轉化                1.2        0.6            0.6
平衡                0.8        0.6             0.6
該反應在0-20min的平均反應速率v（N₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=0.03mol•L^-1•min^-1；
該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{0.6×0.6}{0．{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$=0.5625；
故答案為：0.03；0.5625；
②A．加入合適的催化劑，平衡不移動，與圖象不符，故A不選；      
B．適當縮小容器的體積，平衡不移動，但濃度均增大，與圖象符合，故B選；
C．通入一定量的NO，平衡正向移動，反應物、生成物濃度均增大，與圖象符合，故C選；       
D．加入一定量的活性炭，平衡不移動，與圖象不符，故D不選；
故答案為：BC；
③由20min平衡時NO、N₂、CO₂的濃度之比為4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，可知升高溫度平衡逆向移動，達到新平衡時NO的轉化率降低，正反應為放熱反應，△H＜0，
故答案為：降低；＜；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
結合蓋斯定律可知，①×2+②得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），△H=（-49.1kJ•mol^-1）×2+（-24.5kJ•mol^-1）=-122.7 kJ•mol^-1，
即熱化學方程式為2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；
（3）二甲醚氧氣電池（電解質為KOH溶液），負極上CH₃OCH₃失去電子生成碳酸根離子，負極反應是為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，涉及平衡三段法、K的計算、蓋斯定律及電極反應等，把握速率、K的計算及平衡移動的影響、蓋斯定律應用為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，綜合性較強，題目難度不大．