Question

7．上海世博會成為第一個“低碳世博”．主辦方確定以“低碳、和諧、可持續發展的城市”為主題，將大量新能源、節能環保科技成果轉化應用于世博會．

（1）有效“減碳”的手段之一是節能．下列制氫方法最節能的是C．（填字母序號）
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O?CO+3H₂
（2）CO₂加氫合成DME（二甲醚）是解決能源危機的研究方向之一．
2CO₂（g）+6H₂（g）-→CH₃OCH₃（g）+3H₂O△H＞0．
請在圖1中畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注．
（3）CO₂可轉化成有機物實現碳循環．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，
測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①從3min到10min，v（H₂）=0.11mol/（L•min）．
②下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}OH）}{nC{O}_{2}}$增大的是CD（選填編號）．
A．升高溫度B．恒溫恒容再充入1mol CO₂
C．將H₂O（g）從體系中分離D．恒溫恒容再充入1molCO₂和3mol H₂
E．將CH₃OH（g）從體系中分離F．使用高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）用水分解或電解都要消耗能源，天然氣也是有限資源，只有太陽能是取之不盡用之不竭的能源；
（2）注意催化劑可降低反應所需的活化能；
（3）①根據圖象計算v（CO₂），根據反應速率之比等于化學計量數之比計算；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量．

解答 解：（1）用水分解或電解都要消耗能源，天然氣也是有限資源，只有太陽能是取之不盡用之不竭的能源，
A、消耗電能，不是最節能的方法，故A錯誤；
B、消耗熱能，不是減碳的手段，故B錯誤；
C、利用太陽光催化分解水制氫是最節能的，故C正確；
D、天然氣是非再生能源，且不是最節能的方法，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）該反應△H＞0，為吸熱反應，所以生成物能量高于反應物，使用催化劑可降低反應的活化能，故可畫出圖為：，
故答案為：；
（3）①由圖象可知：v（CO₂）=$\frac{0.25mol/L}{7min}$，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.25mol/L}{7min}$=0.11mol/（L•min），故答案為：0.11；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B、恒溫恒容再充入1mol CO₂，雖然平衡正向移動，但是根據勒夏特列原理改變外界條件，平衡移動只能減弱這種改變，不能消除，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）變小，故B錯誤；
C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D、再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
E．將CH₃OH（g）從體系中分離出來，減小了CH₃OH（g）的濃度，雖然平衡正向移動，但是根據勒夏特列原理改變外界條件，平衡移動只能減弱這種改變，不能消除，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）變小，故E錯誤；
F．使用高效催化劑，平衡不移動，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故F錯誤；
故答案為：CD．

點評 本題主要考查了綠色化學、化學反應中的能量變化、影響化學平衡移動的條件等知識點，中等難度，注重對基本原理的理解．