Question

近年來C0₂的利用日新月異．
（1）最近科學家們研制成功一種新型催化劑能將C0₂轉化為甲烷．在一定1．O1kPa和200℃下，將1mOICO₂和4mo1H₂投人1L密閉容器中，當C0₂轉化率為80%時達平衡，吸收akJ的熱量．寫出此反應的熱化學方程式

 

求此溫度下的平衡常數K=

 

．
（2）某溫度下，將一定量的CO₂和H₂投人容積固定為5l的密閉容器中，5min達平衡，各物質的濃度（mol/L）變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO2	0.2		0.1
H2	0.8		0.6
CH4	0	0.06	0.1

若5min-l0min只改變了某一個條件，則該條件是

 

，且該條件所改變的量是

 

．（填具體的數值和單位）
（3）2013年發射的“嫦娥三號”衛星載入空間站要求吸收人體呼出的二氧化碳，并提供氧氣，科學家設計了“太陽能→電能→化學能”的轉化．總反應2CO₂═2CO+O₂是

 

（填原電池或電解池）
②寫出X極的電極反應式

 

③反應完畢，該太陽能裝置中的電解質溶液堿性

 

（增強、不變或減弱）

Answer 1

考點：化學平衡的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）根據反應CO₂+4H₂?CH₄+2H₂O可知，當0.8×1mol二氧化碳參加反應時，吸收akJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應時，吸收

5

4

akJ的熱量，所以△H=+5a/4  kJ?mol^-1，所以熱化學方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=+5a/4  kJ?mol^-1；當C0₂轉化率為80%時達平衡，CO₂的濃度為：0.2mol/L，H₂的濃度為：0.8mol/L，CH₄的濃度為：0.8mol/L，H₂O的濃度為：1.6mol/L，據此求得平衡常數；
（2）根據圖可知，在0-l0min，二氧化碳變化了0.1mol/L，按化學方程式計算可知，氫氣的濃度變化為0.4mol/L，而氫氣起始為0.8mol/L，變化后應為0.4mol/L，而表中在10min時還有0.6mol/L，所以可以看出是氫氣的濃度變大了，所以是在5min時增加了氫氣的濃度，變化量為（0.6-0.4）mol/L，據此答題；
（3）2CO₂═2CO+O₂ 是一個非自發的氣氧化還原反應，要實現這一過程，必須利用電解池裝置，根據電解池原理，X電極發生氧化反應，是氫氧根失去電子，生成氧氣，據此寫電極反應式；根據兩個電極生成和消耗的氫氧根的物質的量判斷溶液中堿性的變化情況．

解答： 解：（1）根據反應CO₂+4H₂?CH₄+2H₂O可知，當0.8×1mol二氧化碳參加反應時，吸收akJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應時，吸收

5

4

akJ的熱量，所以△H=+5a/4  kJ?mol^-1，所以熱化學方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=+5a/4  kJ?mol^-1；當C0₂轉化率為80%時達平衡，CO₂的濃度為：0.2mol/L，H₂的濃度為：0.8mol/L，CH₄的濃度為：0.8mol/L，H₂O的濃度為：1.6mol/L，所以平衡常數為

0.8×1．62

0.2×0．84

=25，
故答案為CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=+5a/4  kJ?mol^-1；25；
（2）根據圖可知，在0-l0min，二氧化碳變化了0.1mol/L，按化學方程式計算可知，氫氣的濃度變化為0.4mol/L，而氫氣起始為0.8mol/L，變化后應為0.4mol/L，而表中在10min時還有0.6mol/L，所以可以看出是氫氣的濃度變大了，所以是在5min時增加了氫氣的濃度，變化量為（0.6-0.4）mol/L，
故答案為：增大H₂的濃度；0.2mol/L；
（3）2CO₂═2CO+O₂ 是一個非自發的氣氧化還原反應，要實現這一過程，必須利用電解池裝置，根據電解池原理，X電極發生氧化反應，是氫氧根失去電子，生成氧氣，據此寫X電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；此時Y電極上的反應式為2CO₂+2H₂O+4e^-=2CO+4OH^-，所以兩個電極生成和消耗的氫氧根的物質的量相等，所以溶液的堿性不變，故答案為：電解池；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；不變．

點評：本題主要考查了熱化學方程式書寫、平衡常數的計算、影響平衡移動的因素、電解池原理等知識點，中等難度．